Питатель является самой ответственной частью литниковой системы. От площади поперечного сечения питателя зависит скорость впуска и характер заполнения формы.
Объем Voтл рабочей полости формы заполняется за определенное время τ. Следовательно, удельный расход жидкого металла.
В то же время, если считать, что скорость впуска металла в форму остается постоянной от начала до конца заполнения, то
q = υƒ см3/сек,
где ƒ — площадь поперечного сечения питателя.
Заменяя объем отливки Vотл через массу отливки mотл и плотность сплава ρ и приравнивая данные выражения, получим
откуда площадь поперечного сечения питателя
(125)
В выражении (125) скорость впуска v выбирается в зависимости от конфигурации отливки и средней толщины стенок. Время заполнения τ определяется по формулам: для сплошного турбулентного потока формула (92), для дисперсного заполнения формула (94) и для армированных отливок формула (97) и формула (98).
Наряду с аналитическими методами расчета питателей существует ряд практических способов расчета, основанных на обобщении производственного опыта.
На Московском автомобильном заводе им. Лихачева питатели рассчитываются по формуле
где m — масса отливки; ρ — плотность заливаемого сплава в г/см3; К— коэффициент, заменяющий произведение скорости впуска на время заполнения, которое для отливок массой до 500 г и толщиной стенок 2,5— 5 мм можно считать постоянной величиной.
В табл. 9 приведены значения коэффициента К по данным H. А. Шубина.
Таблица 9. Значения коэффициента К для отливок из различных сплавов
|
Отливка |
Магниевые |
Алюминиевые |
Цинковые |
Латуни |
|
Простая |
7,32 |
6,09 |
2.16 |
1,89 |
|
Сложная |
6,05 |
5,25 |
1.87 |
1,63 |
|
Очень сложная |
4,78 |
4,41 |
1,57 |
1,37 |
А. Шарп предлагает выбирать значения коэффициента в зависимости от толщины отливки и давления на металл в камере прессования (табл. 10).
Таблица 10. Значения коэффициента К в зависимости от давления
|
Давление |
При толщине стенок отливок в мм из сплавов | |||||||
|
магниевых |
алюминиевых |
цинковых |
латуни | |||||
|
1-4 |
4-8 |
1-4 |
4-8 |
1-4 |
1-4 |
1-4 |
4-8 | |
|
От 200 до 400 |
2,70 |
2,16 |
3.04 |
2,43 |
3,37 |
2,70 |
3,00 |
2.40 |
|
>>400>>600 |
1,35 |
1,10 |
1,52 |
1.21 |
1,69 |
1,35 |
1,50 |
1.20 |
|
>>600>>800 |
1,10 |
0,86 |
1.21 |
0.97 |
1,35 |
1.05 |
1,20 |
0,96 |
|
>>800>>1000 |
0.80 |
0,65 |
0.91 |
0,73 |
1.02 |
0,82 |
0,90 |
0,72 |
|
Свыше 1000 |
0.54 |
0.43 |
0.61 |
0.49 |
0.68 |
0,54 |
0.60 |
0,48 |
Дальнейшее развитие метода коэффициентов основано на обеспечении нормальной скорости потока металла 15 м/сек при продолжительности заполнения формы 0,06 сек.
Скорость впуска υ в выражении (125) можно представить в зависимости от конфигурации отливки и давления на металл в камере прессования:
υ = к1к2υ0 м/сек, (126)
где к1 - коэффициент,учитывающий сложность конфигурации отливки; к2 — коэффициент, учитывающий влияние давления; υ0 — средняя или нормальная скорость впуска, равная 15 м/сек.
Время заполнения формы τ, определяемое из условия сваривания отдельных струй металла, зависит от физических свойств сплава (температуры плавления, жидкотекучести, вязкости и др.) и толщины стенок отливки:
τ = к3к4τ0, (127)
где к3 — коэффициент, зависящий от типа сплава; к4 — коэффициент, зависящий от средней толщины стенки отливки; τ0 — среднее или нормальное время заполнения полости формы, равное 0,06 сек.
Значения коэффициентов к1, к2 , к3 и к4 получены из практического опыта.
Ниже приведены значения этих коэффициентов для отливок массой до 1 кг, подсчитанные на основании заводских данных.
|
Отливка |
к1 |
Сплавы |
к3 |
|
Толстостенная |
0,75 |
Свинцово-оловянистые |
1,10 |
|
Цинковые |
1,00 | ||
|
Коробчатого сечения |
1,00 |
Алюминиевые |
0,90 |
|
Сложной конфигурации |
1,50 |
Магниевые |
0,85 |
|
Очень сложной конфигурации |
2,00 |
Латуни |
0,75 |
|
Сталь |
0,50 | ||
|
Давление в Мн/м2 |
к2 |
Средняя толщина стенок в мм |
к4 |
|
До 20 |
2,50 |
До 1 |
0,50 |
|
От 20 до 40 |
2,00 |
От 1 до 2 |
0,75 |
|
» 40 » 60 |
1,75 |
» 2 » 4 |
1,0 |
|
» 60 » 80 |
1,50 |
» 4 » 6 |
1,15 |
|
» 80 » 100 |
1,25 |
» 6 » 9 |
1,30 |
|
Свыше 100 |
1,0 |
Свыше 9 |
1,50 |
Подставляя значения скорости и времени заполнения из формул (126) и (127) в формулу (125), имеем
или при υ0 = 15 м/сек и τ0 = 0,06 сек
(128)
где mотл — масса отливки без литниковой системы в г; ρ — плотность сплава в г/см3.
Формула (128) определяет площадь поперечного сечения питателя для одного гнезда формы.
Для каждой отливки выбирается значение скорости впуска, по которой из уравнения непрерывности расхода определяется скорость прессования:
Для многогнездных форм при подсчете скорости прессования берется суммарное сечение всех питателей, а диаметр камеры прессования Dпр соответственно увеличивается.
Поскольку с увеличением площади камеры прессования давление падает, необходимо сделать проверочный расчет с учетом новой величины давления.
Расчет питателей по методу коэффициентов подходит и для условий вакуумированного литья под давлением.
С целью упрощения расчетов рекомендуется пользоваться номограммами. Одна из таких номограмм дана на рис. 112.
По номограмме определяется площадь поперечного сечения питателя в зависимости от веса или объема отливки и скорости впуска металла в форму.
Анализ номограммы (см. рис. 112) показывает, что для отливок малого объема время заполнения в среднем составляет 0.2 сек, а скорость впуска 15 м/сек. При этом коэффициент К = υτ получается равным К=15·0,2 = 3, а сечение впуска определяется формулой
Ширину b и толщину h питателя выбирают в зависимости от отношения R/H и заданного характера заполнения формы. В то же время рекомендуется стремиться к максимально возможной ширине питателя для данной отливки.
 |
Рис. 112. Номограмма для определения площади поперечного сечения питателя в зависимости от объема отливки и скорости впуска |
