Расчёт вентиляционных каналов

При литье под давлением воздух из полости формы удаляется через специальные вентиляционные каналы или через зазоры в сопряженных деталях формы.

Для получения доброкачественной отливки необходимо, чтобы в процессе заполнения в форме не возникало противодавления, которое увеличивает гидродинамическое давление потока и распыляет его на отдельные струи. Суммарная площадь сечения вентиляционных каналов должна обеспечить необходимую пропускную способность для выходящего газа.

Обычно эти каналы выполняются в виде широких щелей глубиной 0,05—0,3 мм, в зависимости от жидкотекучести заливаемого сплава.

При расчете вентиляционных каналов задаются размеры глубины, а после определения площади поперечного сечения каналов находят общую ширину воздухоотводов.

Рекомендуемые величины глубины вентиляционных каналов для различных сплавов, заливаемых в жидком состоянии, приведены ниже.

Сплавы	Глубина каналов в мм	Сплавы	Глубина каналов в мм
Свинцово-сурьмянистые	0,05—0.10	Магниевые	0.10—0,15
Цинковые	0.08—0.12	Медные	0,15—0.20
Алюминиевые	0,10—0.12	Стали	0,20—0.30

Аналитический расчет вентиляционных каналов для режима заполнения с минимальным и максимальным трением предложен А. И. Вейником.

Под режимом с минимальным трением подразумевается спокойное заполнение формы при скоростях впуска до 10— 15 м/сек, т. е. до возникновения разбрызгивания потока.

Под режимом с максимальным трением подразумевается заполнение полости формы при высокой скорости впуска свыше 35—40 м/сек, применяемой для отливок сложной конфигурации с тонкими ребрами.

Промежуточный режим заполнения при скоростях впуска от 15 до 35 м/сек не рассматривается, как не удовлетворяющий получению доброкачественных отливок.

Термодинамический расчет воздухоотводов сделан при условии, что полость формы заполнена каким-нибудь одним газом, например воздухом.

Теоретическое решение задачи основано на методах классической термодинамики.

После закрытия формы газ в рабочей камере приобретает температуру формы, до которой она нагрета. При поступлении металла в форму температура газа и давление растут, а объем уменьшается вследствие сжатия газа металлом.

Определим температуру газа для двух режимов заполнения. При режиме с максимальным трением н образованием дисперсной смеси металла с воздухом газ сильно конвектирует с расплавленным металлом, и приближенно можно считать, что температура его равна температуре металла.

Температуру металла можно взять как среднюю между температурой металла при входе в полость формы t_зал и температурой кристаллизации t_кр.

При спокойном режиме заполнения (с минимальным трением) процесс удаления газа допустимо рассматривать как адиабатный (без теплообмена газа со стенками формы и с расплавленным металлом).

Тогда в соответствии с уравнением термодинамики можно записать

или

где Т₀ - начальная абсолютная температура газа, в °К; V₀=V_н/G₀ - начальный удельный объем газа в м3/н; V_н - начальный объем газа, равный объему полости формы, в м3; V₁=V_т/G₁ - текущее значение удельного объема газа в м3/н; V_м — объем, занимаемый газом в момент расчета, в м3; G₁ — весовое количество газа в момент расчета в н; к - показатель адиабаты, равный для воздуха 1,4.

Вес газа вычисляем по уравнению состояния:

Давление газа в форме берется равным допустимому противодавлению. Исходя из этого и рассчитывают площадь вентиляционных каналов.

Напишем уравнение, определяющее процесс движения газа в рассматриваемых условиях. При этом для простоты будем считать, что истечение газа происходит без трения.

Уравнение неразрывности для газа имеет вид

(129)

где q_г — весовой расход газа, протекающего через сечение канала; ƒ_в — площадь поперечного сечения вентиляционных каналов в м2; υ_г — скорость течения газа в м/сек; V — удельный объем газа в м3/н.

Из термодинамики известно, что скорость истечения газа на выходе из канала составляет

(130)

где к = с_р/сυ; р₁ — давление газа в полости формы в н/м2; V₁ — удельный объем газа в полости формы в м3/н.

Величина β = р₂/р₁ представляет собой отношение давления газа в окружающей среде р₂ = 1·105 н/м2 (1 атм) к давлению газа в форме.

Так как из уравнения состояния

pV = RT,

то формулу (130) можно представить в виде

(131)

где R — газовая постоянная в дж/н°С; Т — абсолютная температура газа в полости формы в °К.

Анализируя формулу (131) видим, что, если β =1, то скорость истечения газа υ_г = 0, и чем больше значение давления в форме р₁, тем меньше значение β и тем больше величина υг.

Используя уравнение адиабатного состояния газа