ТЕПЛОВЫЕ ВОПРОСЫ ФОРМИРОВАНИЯ ОТЛИВКИ
|
Анализ теплообмена.
Характер распределения температуры в форме описывается уравнением А.И.Вейника:
t=( tп -tфн )( 1-x/X )n + tфн
где n – показатель степени (для сухой формы при заливке чугуна и стали равный 3).
Зависимость глубины прогрева плоской формы (стержня) от времени при постоянной температуре плоской поверхности раздела имеет вид:
Для формы с цилиндрической полостью радиусом R:
Для цилиндрического стержня с радиусом R:
Фронт изменения температуры доходит центра стержня за время to при X=R. Тогда:
Процесс формирования отливки по А.И.Вейнику проходит в пять основных стадий последовательно сменяющих друг друга:
-заполнение полости формы металлом;
-отвод теплоты перегрева;
-кристаллизация металла;
-охлаждение отливки в форме;
-охлаждение отливки после выбивки из формы.
Стадия заполнения полости формы металлом. Вследствие активной турбулизации потока расплава как правило происходит выравнивание температур по его сечению, то есть можно считать, что tзал = tтеч. Значение температуры поверхности может быть определено по формуле Рыжикова:
Время заполнения полости литейной формы расплавом можно рассчитать по известной в практике литейного производства формуле:
где d0 и G0 – средняя толщина стенки отливки и масса отливки.
Мерой прогрева формы при течении металла является удельная теплота течения, которая может быть рассчитана по следующим формулам:
Для плоского канала
где uтеч= tзал – tфн
При течении расплава в цилиндрическом канале в зависимости от определителя:
при t1>D
при t1< D
где (arcos x = 1/cos x, а ch - гиперболический косинус
ch x = (ex + e-x) / 2 )
Падение средней температуры расплава на участке формы рассчитывается по формуле:
,
где М1 - масса металла, рассматриваемого участка;
М2 - масса металла, протекшего через участок (например, для питателя литниковой системы это масса отливки).
Стадия отвода теплоты перегрева
Время отвода теплоты перегрева определяется по следующим формулам.
Для плоской отливки:
Для цилиндрической отливки:
где ;
Стадия затвердевания отливки
Затвердевание металла при постоянной температуре (чистые металлы и эвтектики)
Плоская отливка. Зависимость толщины затвердевшей корки ξ от времени имеет вид:
,
где qкр= qтеч + qпер + qак + L;
qак = 0,5сж(tкр – tп);
qпер = сж(tзал – tкр);
Плоский стержень. Металл окружает стержень с двух сторон. Стержень толщиной 2R прогревается симметрично Процесс прогрева стержня идет в два этапа.
-первый, когда изменения температуры в центре стержня не происходит, продолжительность этого этапа t31 определяется по формуле:
Толщина затвердевшей корочки металла, образующейся во время этой стадии:
- второй, центральная часть стержня тоже прогревается, толщина затвердевшей корочки металла может быть определена по формуле:
где .
Цилиндрическая отливка. Время затвердевания t3 и толщина затвердевшей корки отливки x3 связаны соотношением:
Полное время затвердевания отливки рассчитывается при x3=R
где qкр= qтеч + qпер + qак + L;
qак = 0,66сж(tкр – tп.min);
uп.ср = 0,55(uкр + uп.min);
Сплошной цилиндрический стержень. Продолжительность первой стадии прогрева стержня находится по уравнению (5) за это время на поверхности нарастает корочка металла массой
.
Дальнейший расчет ведется по формуле
где V2 - объем стержня,
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 157;