Заказать
Промышленный портал
Аренда, конвейер, инвестиции, производство, оборудование, технологии
Главная / Технология металлов / Литейное производство / Литье под давлением / Тепловые режимы литья / Время заполнения полости формы

Время заполнения полости формы

Время заполнения полости формы определяется из рассмотрения процесса теплообмена между заливаемым металлом и формой.

Время заполнения, обеспечивающее свариваемость отдельных струй или брызг, подсчитывается из условия, что температура металла в наиболее удаленном от питателя месте не должна падать ниже температуры окончания затвердевания (ниже температуры солидуса).

Для определения потерь тепла в полости формы в процессе ее заполнения предположим, что сплошной турбулентный поток заполняет форму от дальнего сечения к питателю. Тогда скорость продвижения потока металла в полости формы

где h — толщина струи; H — толщина  отливки при условии, что ширина питателя равна ширине отливки (рис. 89).

Выделим из потока элементарный объем жидкости и рассмотрим его тепловое состояние. За какой-то бесконечно малый промежуток времени данный объем, соприкасаясь со стенками формы, отдает следующее количество тепла:

d2Q = αф(t-tф)dFdτ,                      (87)

где dF — площадь теплоотдачи, равная 2dxdz.

 

Рис. 89. Схема выделения элементарного объема в потоке для рассмотрения процесса теплопередачи

За то же время dτ теплосодержание выделенного элементарного объема dV=Hdxdz уменьшится на величину

d2Q = — Hdx dzc'мρ'мdt.                       (88)

Приравняв выражения (87) и (88) получим дифференциальное уравнение теплового баланса в общем виде:

ф(t-tф)dτ = -Hc'мρ'мdt,                               (89)

решение которого зависит от вида функций αф = φ(τ)

При условиях сплошного турбулентного заполнения, максимальной интенсивности теплообмена и пренебрежения влиянием смазки коэффициент теплоотдачи определяется выражением (81):

В этом случае после разделения переменных уравнение (89) имеет вид

Найдя постоянную интегрирования из условия, что в начале заполнения при τ = 0, t = tзал получим

                         (90)

Максимально допустимое время заполнения τmax находится при температуре потока t, равной температуре солидуса tсол.

Формула (90) не учитывает времени свободного полета и растекания струи до момента возникновения сплошного потока по всему сечению.

Приближенно это время

Общее время заполнения полости формы

τф ≤ τсв + τmax

или после  подстановки  значения τmax из формулы (90) при t=tсол

                                    (91)

Формулу (90) можно упростить, подставив значения коэффициента тепловой аккумуляции для стальной формы bф == 12 270 вт·сек ½м2°С (2,96 ккал/м2сек½ °С) и теплофизических характеристик для различных сплавов:

                                       (92)

где К — постоянная величина, равная для медных сплавов 0,025, магниевых 0,005, алюминиевых 0,013, цинковых 0,015 и для свинцово-сурьмянистых 0,008; H — средняя толщина отливки в мм.

Для определения средней толщины стенки отливок сложной конфигурации вводится понятие эквивалентной отливки, у которой толщина стенки

Нэкв=2Мотл,

где Mотл — приведенный размер или «модуль» отливки;

где Fотл — площадь поверхности охлаждения отливки.

Для неограниченной плоской стенки и приближенно для тонкостенных отливок любой конфигурации Мотл = Н, для бесконечно длинного круглого цилиндра M = R/2 и для шара M =R/3.

В формулах (90), (91) и (92) под tф подразумевается температура поверхностных слоев формы, т. е. температура контакта, определяемая формулой (68):

где t*зал — средняя температура заливки за время заполнения,

t'ф —температура предварительного подогрева формы.

На рис. 90 представлены графические зависимости температуры от времени с учетом времени свободного полета при заполнении прямоугольной отливки длиной 85 мм, толщиной 4 мм (кривые 1, 2 и 3) и 3 мм (кривые 1', 2' и 3) при скорости впуска υ = 30 м/сек.]

 

Формулу (92) в условиях заливки различными сплавами можно представить в цифровом виде:

  • а) для алюминиевого сплава АЛ2 при t'ф = 200 °С и
  • б) для цинкового сплава ЦАМ 4-3 при t'ф = 120° и
     
  • в) для свинцово-сурьмянистого сплава (80% Pb, 20% Sb) при t'ф = 80° и

Рис. 90. Изменение температуры в зависимости от времени заполнения для различных сплавов

На рис. 90 пунктиром обозначены аналогичные зависимости при толщине отливки 3 мм.

При заполнении формы дисперсным потоком интенсивность теплообмена снижается вследствие образования смеси капель металла с воздухом. Исследования температурных условий формирования отливок при заполнении дисперсным потоком доказали, что показатель интенсивности теплообмена n в критериальном уравнении (80) близок к ⅔.

Решая уравнение (80) при n = ⅔, получим

или

                    (93)

где   — коэффициент тепловой аккумуляции формы в условиях дисперсного заполнения. Для стальной формы при Хф равном в среднем 50 мм, Вф = 4485 вт·сек/м2°С (1,07 ккал/м2 сек°С).

Подставляя значение αф из выражения (93) в уравнение теплового баланса, после разделения переменных имеем

откуда после интегрирования при граничных условиях τ = 0, t = tзал получим формулу для определения времени заполнения:

или в более простом виде

                        (94)

где Н — средняя толщина стенки отливки в мм; К1 — постоянная величина, равная для медных сплавов 0,236, магниевых 0,100, алюминиевых 0,179, цинковых — 0,201 и для свинцово-сурьмянистых сплавов 0,101.

В табл. 6 приведены значения времени дисперсного заполнения при различной толщине стенок, подсчитанные по формуле (94) при t = tсол.

Таблица 6. Значения времени дисперсного заполнения в сек

H в мм

Сплавы

Медные

Магниевые

Алюминиевые

Цинковые

Свинцово-
сурьмянистые

1.5
2.0
3,0
4.0
6.0

-
0.034
0,063
0,098
0,182

-
0,009
0.017
0,026
0,049

-
0,027
0.049
0.078
0.147

0,027
0,042
0,077
0,121
-

0,021
0,033
0.060
0,095
-

Температура поверхности формы в условиях дисперсного потока достигает температуры контакта только после окончания заполнения. Поэтому рекомендуется при расчетах по формуле (94) использовать следующие значения tф для сплавов: медных 450° С, магниевых 350° С: алюминиевых 350° С, цинковых 200° С, свинцово-сурьмянистых 150°С.

Анализ формул (92) и (94) показывает, что при создании определенных тепловых условий время заполнения зависит главным образом от толщины стенки отливки и не зависит от ее габаритов.

В то же время на практике можно часто встретиться с необоснованным увеличением времени заполнения для крупных отливок, которое снижает качество изделий.

Расчеты по формуле (94) близки к графическим зависимостям, полученным Ф. Беннеттом для магниевых, алюминиевых и цинковых сплавов (рис. 91).

 

Рис. 91. Зависимость времени заполнения т от средней толщины Н стенки отливок для чистого магния (1), для магниевых (2), алюминиевых (3) и цинковых (4) сплавов

Промышленное оборудование

Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 47 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: в автоматическом режиме производство изделий по технологии «мраморного окрашивания».
598 000 руб.
Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 35 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: компактное этажное размещение, при высокой производительности
Под заказ
Хит
  • Двустороннее прессование
  • Твердость матриц 52-60 ед. по Бринеллю (для справки - твердость сверла 70 ед.)
  • Система управления на базе контроллеров Сименс или Овен. Высокая надежность
  • Автоотключение при аварии: перегрев, падения уровня масла, нерабочий концевой датчик
  • Система радужного (двухцветного) окрашивания изделий
  • Двухконтурная гидравлика - быстрый холостой ход цилиндров и медленное задавливание
  • Мелочей не бывает: пресса в базе комплектуются продувочными пистолетами «Камоци»
  • Пневматика «Камоци» (Италия)
1 099 000 руб.
Хит Новинка
профессиональная производственная линия, обладающая всем основным оборудованием, необходимым для выпуска качественных изделий, таких как: кирпич, брусчатка, лего-кирпич, плитка. Начинающий предприниматель может купить пресс для кирпича Аметист и с успехом начать свой бизнес.
598 000 руб.
Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 47 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: в автоматическом режиме производство изделий по технологии «мраморного окрашивания».
598 000 руб.
Хит Новинка
  • Назначение: выпуск 35 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: компактное этажное размещение, при высокой производительности
Под заказ
Хит Новинка
профессиональная производственная линия, обладающая всем основным оборудованием, необходимым для выпуска качественных изделий, таких как: кирпич, брусчатка, лего-кирпич, плитка. Начинающий предприниматель может купить пресс для кирпича Аметист и с успехом начать свой бизнес.
598 000 руб.
Новинка

Конвейер скребковый трубный (КСТ) - это герметичный трубопровод из стандартной трубы, внутри которой движется цепь с закрепленными на ней скребками.

Скребковый конвейер обладает целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными видами транспорта.

В зависимости от требуемой производительности КСТ может быть как круглого, так и прямоугольного сечения.

Под заказ
Новинка
Ленточный конвейер герметичный предназначен для транспортировки сыпучих, пылящих материалов.
Под заказ
Так все больше распространение получают ленточные конвейеры или системы конвейеров на базе пластиковой модульной ленты.
Под заказ

Создание и SEO продвижение промышленных сайтов

Адаптивный дизайн. Интернет магазин с 1С интеграцией.
SEO продвижение. ТОП 10 без ограничения ключевых слов.

Заказать Подробнее
Заказать

Промышленное оборудование

Технология металлов

Товары и услуги

Вся информация, представленная на сайте промпортал.su включая информацию о ценах, наличии товаров и их характеристиках, носит ознакомительный характер и не является публичной офертой, определяемой положениями ст.437 ГК РФ. Подробности о характеристиках, комплектации оборудования уточняйте у консультантов отдела продаж.