Минимальное и максимальное трение

Для рассмотрения процесса заполнения литниковой системы и формы А. И. Вейник предлагает разрабатывать технологический процесс в соответствии с принципами — минимального трения и максимального трения. Оба принципа должны способствовать перегреву металла с целью нормального заполнения формы, без образования «неслитин», «неспаев» и других дефектов.

Термины «Минимальное и максимальное трение» являются условными, так как под «трением» понимается суммарное гидродинамическое сопротивление литниковой системы и формы.

При минимальном трении сохранение перегрева происходит за счет сокращения времени заполнения и потерь тепла в литниковой системе. Принцип минимального трения легче осуществить на машинах с горизонтальной камерой прессования (рис. 65 ,a), имеющих короткий путь металла в литниковой системе.

После заливки питание отливки должно происходить под давлением. Для этого в форме необходимо создать направленное затвердевание так, чтобы питатель затвердевал в последнюю очередь. Направленному затвердеванию способствует водяное охлаждение формы с различной интенсивностью. Рис. 65. Заполнение формы при различном гидродинамическом сопротивлении: а — принцип минимального трения; б — отливка; в - принцип максимального трения

С целью снижения падения скорости н сокращения времени заполнения желательно устранить гидродинамические сопротивления на пути расплавленного металла. Нa рис. 65,6 показана плавная литниковая система, переходящая непосредственно в тело отливки. Принцип минимального трения распространяется также и на конструирование отливки, которая не должна иметь резких переходов.

Принцип минимального трения наиболее рентабелен при изготовлении отливок простой конфигурации.

В настоящее время успешно развивается способ литья иод давлением с низкими скоростями впуска, обеспечивающими сплошное ламинарное заполнение с последующей подпрессовкой, при котором осуществляется принцип минимального трения.

На рис. 65, б показано заполнение по принципу максимального трения, при котором перегрев сохраняется за счет выделения тепла в движущемся металле.

Разогрев металла за счет теплоты трения возможен в результате создания специального гидродинамического сопротивления в узком щелевидном питателе. Уменьшение площади поперечного сечения питателя вызывает повышение скорости впуска и образование дисперсного заполнения, сопровождающегося захватом воздуха, который в виде мелкой пористости рассеивается в отливке.

Таким образом, принцип максимального трения приводит к образованию мелко раздробленной воздушной пористости во всех сечениях отливки. Однако заполнение с максимальным трением дает возможность повышать четкость рельефа и чистоту поверхности тонкостенных отливок сложной конфигурации.

Принцип максимального трения допускает конструирование отливок с резкими поворотами, неравномерными сечениями и небольшими радиусами закругления.

Определим скорость прессования в начале и в конце заполнения для данной отливки по формуле (51) при условиях минимального и максимального трения.

Форма заливается жидким цинком сплавом ЦАМ-4-3, γ'_м = 70000 н/м3 (7000 кГ/м3).

В каждом случае используем литейную машину с одинаковыми параметрами: р_ак = 6,5 Мн/м2 (65·10⁴ кГ/м2); γ_ж = 8700 н/м3 (870 кГ/м3), D_ц = 100 мм; D_пр = 60 мм; d₀ = d_сл = 25 мм; l₀ = 2 м; l_сл = 3 м; вес подвижных частей прессового механизма примем G_пр = 500 н (50 кГ).

Суммарный коэффициент сопротивлений в трубе от аккумулятора Σζ₀ подсчитываем по формуле (43):

Суммарный коэффициент потерь при сливе Σζ_сл определим по формуле (45):

Подставив числовые значения в формулу (51) более простому виду:

                      (52)

Скорость установившегося движения холостого хода поршня до начала заполнения при условии, что s_ср — это путь, пройденный поршнем в первом периоде (s_ср = s₁ = 0,3 м),

В условиях заполнения с минимальным трением (рис. 65, a) скорость прессования в начале заполнения υ'_пр практически остается равной скорости холостого хода, так как сопротивления в литниковой системе очень малы.

Чтобы определить скорость прессования υ"_пр в момент, близкий к окончанию заполнения, найдем сумму сопротивлений движению металла в форме. Для этого будем использовать размеры отливки, приведенной на рис. 65, б, а для вычисления коэффициентов гидравлических сопротивлений — справочные данные для воды, так как вязкость жидких   металлов близка к вязкости воды.

где ζ₁ = 0,2 — коэффициент сопротивления при плавном повороте потока на 90°, а ζ₂ = 0,6 — коэффициент потерь на трение.

Путь поршня s_ср в момент окончания заполнения

Подставляя значения суммы гидравлических сопротивлений и s_ср в выражение (52), находим скорость прессования в конце заполнения:

Расчеты показывают, что при заполнении с минимальным трением скорость прессования уменьшается на небольшую величину.

В условиях максимального трения (рис. 65, в) скорость прессования υ'_пр в начале заполнения определяется с учетом гидравлических сопротивлений в литниковой системе:

где ζ₁ = 0,5 — сопротивление при входе в конический литник; ζ₂=1,0 — сопротивление при повороте потока   в подводящий канал; ζ₃ = 0,45 — сопротивление  при внезапном сужении в питателе; ζ₄ = 0,15 — потери на трение; F₁, F₂, F₃ и F₄ - площади сечений литниковой системы, взятые с чертежа (см. рис. 65).

Скорость прессования υ'np  находим по выражению (52), считая s_ср ≈ 0,34:

Скорость прессования в конце заполнения υ"_пр  определяем с учетом суммы гидравлических сопротивлений  в полости формы, которая для данной отливки составляет

Здесь ζ₁ = ζ₂ = 1,0 — потери при повороте потока, ζ₃ = 0,25— при внезапном расширении и ζ_р4 = 0,65 — потери на трение.

Ход поршня s_ср в конце заполнения можно принять равным ходу поршня при минимальном трении (s_ср = 0,34 м).

После подстановки в выражение величин сопротивлений в литниковой системе и форме находим скорость прессования в момент окончания заполнения:

Для уменьшения величины падения скорости прессования при заполнении с максимальным трением следует применять машины большей мощности.