Расчет вертикальных литниковых систем с использованием стандартных элементов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

136 /1 (82)

гттгг= гг гтшжпш (82), 2016-

УДК 621 .74

РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНДАРТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

СALCULATION OF THE VERTICAL GATING SYSTEMS WITH USAGE OF STANDARD ELEMENTS

Поступила 12.02.2016

А. А. ТОНКОВИЧ, А. А. СКВОРЦОВ, научный руководитель В. А. Скворцов, Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Беларусь, пр-т Независимости, 65

A. A. TONKOVICH, A. A. SKVORTSOV, research superviser V. A. Skvortsov, Belarusian National Technical University, Minsk, Belarus, 65 Nezavisimosti avе.

В статье приведена методика расчета вертикальных литниковых систем для автоматических линий DISA с использованием стандартизованных элементов. Приведен пример расчета литниковой системы для конкретной детали и представлены результаты моделирования разработанной литниковой системы с использованием пакетов прикладных программ ProCast, Poligon. Приведен пример выбора стандартной питающей прибыли по модулю охлаждения.

Methodology of the calculation of the vertical gating systems for DISA automatic lines with use of the standardized elements is given in the article. The example of calculation of the gating system for a concrete article and results of modeling of the developed gating system with use ofpackages of the applied programs ProCast, Poligon are presented. The example of a choice of the standard feeder on the cooling module is given.

Ключевые слова. Вертикальная литниковая система для автоматической линии DISA, стандартизованные элементы

литниковой системы, моделирование литниковой системы, расчет прибыли, дефекты отливки. Keywords. Vertical gating system for the DISA automatic line, the standardized elements of gating system, modeling of gating system, calculation offeeder, defects of casting.

Расчет вертикальных напорных литниковых систем для автоматических формовочных линий с вертикальной плоскостью разъема отличается от расчета горизонтальных тем, что ферростатическое давление на каждом уровне подвода металла к полостям литейной формы различное [1]. Для таких литниковых систем необходимо осуществлять принцип одновременного заполнения всех полостей формы . Такой расчет сводится к определению площади сечения питателя, подводных литниковых каналов и выбору номера и размеров литниковой чаши . Площадь сечения питателя (Рп) находится по формуле [2]:

1036G

tm

№

(1)

расч.

где О - масса отливки, кг; ^ - время заполнения одной полости формы расплавом, с; т - коэффициент трения; Нрасч - высота ферростатического давления, мм

Время наполнения полости формы (0 расплавленным металлом необходимо выбирать на 4 с короче цикла работы формовочной машины, чтобы не задерживать процесс формообразования . Продолжительность цикла зависит от типа машины, производительности, толщины формы и наличия стержней . Толщина формы, в свою очередь, зависит от максимальных высот моделей на плитах давления и противодавления и минимальной толщины слоя формовочной смеси между моделями, которая берется равной 70 мм (рис . 1) и определяется из выражения

hф = + /2 + 70, (2)

Рис . 1 . Схема к определению толщины формы

лттт-rz г: штппъжш im

-1 (82), 2016/ IUI

где hb h2 - соответственно максимальная высота модели на плитах противодавления и давления, мм .

Значения G, hj и h2 выбираются на основании литейно-модельных указаний, нанесенных на чертеж детали

Максимальная производительность для автоматической линии Дисаматик 2013МК5-А с размерами формы - шириной 600 мм и высотой 480 мм приведена в табл . 1, а для автоматической линии 2013МК5-Б с размерами формы - шириной 650 мм и высотой 535 мм - в табл . 2 .

Таблица 1. Максимальная производительность линии 2013МК5-А в зависимости от толщины формы

и наличия стержней

Толщина формы, мм 120 150 200 250 300 330

Производительность, форм/ч отливки без стрежней 370 370 370 365 350 330

Производительность, форм/ч отливки со стрежнями 355 355 355 348 333 317

Таблица 2 . Максимальная производительность линии 2013МК5-Б в зависимости от толщины формы и наличия стержней

Толщина формы, мм 120 150 200 250 300 350

Производительность, форм/ч отливки без стрежней 350 350 350 335 323 308

Производительность, форм/ч отливки со стрежнями 330 330 330 319 307 295

Значения продолжительности цикла изготовления формы приведены в табл . 3, 4 .

Таблица 3. Продолжительность цикла формовочной машины Дисаматик 2013МК5-А

Производительность, форм/ч 220 240 260 280 300 320 340 360

Продолжительность цикла, с 16,3 15,0 13,8 12,8 12,0 11,2 10,6 10,0

Таблица 4 . Продолжительность цикла формовочной машины Дисаматик 2013МК5-Б

Производительность, форм/ч 220 240 260 280 300 320 330

Продолжительность цикла, с 16,4 15,0 13,9 13,0 12,0 11,3 10,9

Коэффициент потерь (ц) зависит от температуры заливки, геометрии литниковой системы, газового давления в полости формы и рекомендуется выбирать при толщине питателя до 3 мм - 0,4; 4 мм - 0,5 и 5 мм - 0,6 .

Высота ферростатического давления металла в литниковой системе (Нр) зависит от расположения питателей от уровня металла в литниковой чаше . Для определения Нр составляется схема расположения моделей на подмодельных плитах (рис . 2) с учетом необходимых минимальных толщин формовочной смеси верхней, нижней и боковых кромок формы, зависящих от толщины стенок отливки и тотальной высоты модели (табл 5)

Таблица 5 . Значения минимальных толщин формовочной смеси на различных участках формы

Толщина стенки отливки, мм Тотальная высота модели, мм Верхняя кромка А, мм Боковая кромка В, мм Нижняя кромка С, мм

0-50 30 30

50-100 40 40

0-15 100-150 70 50 50

150-200 60 60

200-250 70 70

250-300 80 80

0-50 60 50

50-100 70 60

15-25 100-150 70 80 70

150-200 90 80

200-250 100 90

250-300 110 100

Рис . 2 . Схема расположения моделей на подмодельной плите После нахождения площадей питателей (^п) определяются площади сечений литниковых ходов

(3)

где - сумма площадей питателей, отходящих от литникового хода .

Для приведенной схемы (рис . 2) площадь сечения литникового хода 1 рассчитывается по формуле:

Поскольку литниковые ходы 1 и 2 питают одинаковое количество отливок, то их площади будут равны . Литниковые ходы 1 и 2 можно делать ступенчатыми (рис . 3, а) или коническими (рис . 3, б), постепенно уменьшая их сечение по мере снижения количества питаемых отливок . Уменьшение сечения литникового хода осуществляется за счет изменения его высоты при одинаковом размере нижнего основания (рис . 3, а) или изменения размеров всех сечений с сохранением отношений нижнего и верхнего оснований и высоты (рис . 3, б) . Такая конструкция вертикальных литниковых ходов позволяет создавать

б

а

Рис . 3 . Формы ступенчатого литникового хода: а - с постоянными размерами основания и переменной высотой; б - с постоянным отношением верхнего и нижнего основания

ЛГГГГК; г: /100

-1 (82), 2016/ 109

ад

б

Номер литникового хода а, мм Е, мм2

1 5 75

2 6 108

3 7 147

4 8 192

5 9 243

6 10 300

7 11 363

8 12 432

9 13 507

10 14 588

11 15 675

12 16 768

13 17 867

14 18 972

15 19 1063

16 20 1200

Рис . 4 . Формы и размеры стандартных конических литниковых ходов: а - с постоянным размером основания; б - с постоянным отношением верхнего и нижнего основания

давление в подводящем канале и сокращать время наращивания ферростатического напора путем уменьшения времени, необходимого для заполнения металлом литниковой системы . Формы и размеры стандартных литниковых ходов приведены на рис 4

Площадь сечения литникового хода 3, который подводит металл к литниковому ходу 1, определяется путем увеличения площади литникового хода 1 (Е^. х . ) на 20%:

Е3 = Е1 -12

А л.х. А л.х. '

Литниковый ход 3 имеет трапецеидальное сечение с размерами: верхнее основание - а, нижнее основание - 2а и высота - 2а. Размер а рассчитывается из выражения:

а = . —,мм .

V з

(4)

Из рис . 2 находится длина питателей, литниковых ходов и определяется масса литниковой системы:

°л. с. = Опит + °л. х. + °л. ч. , (5)

где Опит, Олх, Олч - соответственно масса питателей, литниковых ходов, литниковой чаши, кг.

Масса питателей и литникового хода определяется как произведение их площади на длину и плотность заливаемого сплава Массовая скорость заливки металла в форму определяется следующим образом:

(6)

где Оф - масса металла в форме, кг.

По табл . 6 выбираются номер, размеры и масса стандартной литниковой чаши . Схема литниковой чаши показана на рис . 5 .

Таблица 6. Размеры литниковых чаш

Номер чаши Размеры, мм Скорость заливки, кг/с Масса, кг

А в с D Е е О н J к

1 8 33 66 86 8 16 50 58 46 25 1 1

2 11 36 72 92 10 20 54 66 53 28 2 1,6

3 14 39 78 98 12 24 58 74 60 31 3 2,0

4 17 42 84 104 14 28 62 82 67 34 4 2,7

5 20 45 92 110 16 32 68 90 74 37 5 3,3

6 23 48 100 116 18 36 74 98 81 40 6 4,2

7 26 51 108 122 20 40 80 104 86 42 7 4,9

8 29 54 116 128 22 44 86 112 91 45 8 5,6

9 32 57 124 134 24 48 92 120 96 48 9 6,4

10 35 60 132 140 26 52 98 128 101 50 10 7,0

140/ 1ви

:п><згг гтшжпш (82), 2016-

Рис . 5 . Схема литниковой чаши

Для форм с вертикальной плоскостью разъема наиболее эффективным является метод определения объема прибыли по модулю охлаждения термического узла отливки . Для расчета узла отливки, который затвердевает в последнюю очередь, необходимо знать модуль охлаждения (Мс), равный:

M С = ^

С V

,3.

(7)

где Мс - модуль отливки, см; Vc - объем отливки, см3; Ас - площадь охлаждаемой поверхности отливки, см2 .

Объем и площадь охлаждаемой поверхности отливки можно определить с использованием программы Solid Works 2012 или расчетным путем, разбивая поверхность на элементарные участки .

В табл . 7 приведены формулы для расчета модуля охлаждения для питаемых узлов различной конструкции . Питаемый узел может быть аппроксимирован к одной или нескольким геометрическим формам, чтобы получить оценку величины модуля охлаждения

Таблица 7 . Формулы для расчета модуля охлаждения

Геометрическая форма

Модуль охлаждения Mr, см

Геометрическая форма

Модуль охлаждения Mr, см

Шар

Брус с трапецеидальным сечением

D/6

0,43а

Цилиндр

Rh

Кольцо

2 (R + h) Dh

2( D + 2 h)

ah

2(а + h)

Цилиндр с неопределенной высотой

Кольцо с неопределенной высотой

D/4

а/2

а/6

С неопределенными длиной

(а) и шириной (в) T/2, с постоянными длиной (а) и шириной (в) abT

2( ab + aT + bT)

или

/1Д1

-1 (82), 2016 I 141

Продолжение табл. 7

Геометрическая форма Модуль охлаждения Мк, см Геометрическая форма Модуль охлаждения Мк, см

Брус квадратного сечения а/ Брус прямоугольного сечения С неопределенной длиной аЬ 2(а +Ь) , с постоянной длиной (1) аЫ

о, 2(а + /)

1а3 2( аЫ + а1 + Ы1)

Для определения размеров прибыли необходимо найти модуль охлаждения прибыли (Мр), который зависит от модуля охлаждения питаемой части отливки, вида сплава и рассчитывается как произведение модуля отливки и коэффициента критерия модуля . Модуль прибыли отливки, зависящий от коэффициента критерия модуля Км, определяем по выражению

Мр > КмМс . (8)

Значение коэффициента Км зависит от марки заливаемого сплава и выбирается в следующих пределах: 0,6-1,0 - для эвтектического серого чугуна; 1,8-1,1 - для ферритного железа; 1,2-1,4 - для ковкого чугуна; 1,2-1,4 - для стали; 1,2-1,4 - для медных сплавов; 0,8-1,1 - для алюминиевых сплавов .

Знак неравенства в формуле (8) указывает на то, что размеры прибыли должны быть всегда немного больше теоретического объема узла питания . Это обусловлено тем, что поверхностный слой прибыли затвердевает и не является объемом питания

Фирма DISA разработала две стандартные формы прибыли: цилиндрическую и сферическую для форм с вертикальной плоскостью разъема (табл . 8, 9) . По значению Мр выбираем номер и определяем размеры прибыли

Таблица 8 . Стандартные цилиндрические прибыли

Номер прибыли Диаметр DR, мм Объем VF, см3 Модуль Мр, см

1 20 9,4 0,37

2 25 18,4 0,47

3 30 31,8 0,56

4 35 50,5 0,66

5 40 75,4 0,75

6 45 107,3 0,84

7 50 147,3 0,94

8 55 196,0 1,03

9 60 254,5 1,13

10 65 323,5 1,22

11 70 404,0 1,31

12 75 497,0 1,41

13 80 603,0 1,50

14 85 723,0 1,59

15 90 859,0 1,69

16 95 1010,0 1,78

17 100 1178,0 1,89

Таблица 9 . Стандартные сферические прибыли

Номер прибыли Диаметр DR, мм Объем VF, см3 Модуль Мр, см

1 20 4,2 0,33

2 25 8,1 0,42

3 30 14,0 0,50

4 35 22,3 0,58

5 40 33,3 0,67

6 45 47,4 0,75

7 50 65,0 0,83

8 55 86,5 0,92

9 60 112,3 1,00

10 65 142,8 1,08

11 70 178,4 1,17

1 (82), 2016

Продолжение табл. 9

Номер прибыли Диаметр Dr, мм Объем Vp, см3 Модуль Mp, см

12 75 219,4 1,25

13 80 266,2 1,33

14 85 319,3 1,42

15 90 379,1 1,50

16 95 445,8 1,58

17 100 520,0 1,67

Рассмотрим в качестве примера расчет литниковой системы для получения отливки детали «Корпус» (рис . 6) на автоматической формовочной линии Дисаматик 2013МК5-А с размерами формы - ширина 600 мм, высота 480 мм .

Материал детали - СЧ20, масса детали - 9,7 кг.

Для определения массы отливки на чертеж детали наносим литейно-модельные указания (рис . 7): припуски на механическую обработку в соответствии с ГОСТ 26645-85; уклоны, стержневые знаки и зазоры между формой и стержнем по ГОСТ 3212-92; чертеж отливки делаем в соответствии с ГОСТ 3 .1125-88 . Определяем массу отливки, габаритные размеры и высоту моделей . Масса отливки составляет G = 10 кг, габаритный размер модели с учетом размеров стержневых знаков, припусков на механическую обработку и зазоров - 85x275 мм, высота модели плиты давления h1 = 74,7 мм, плиты противодавления h2 = 59,7 мм . Принимаем h1 = 75 мм, h2 = 60 мм .

После нанесения литейно-модельных указаний, строим 3-мерную модель отливки «Корпус» с использованием пакета Solid Works 2012 (рис . 8), 3D-модели отливок с литниково-питающей системой (рис . 9), монтаж моделей плиты противодавления на подмодельной плите (рис . 10), монтаж моделей

Рис . 6 . Схема детали «Корпус»

Рис . 7. Чертеж детали «Корпус» с литейно-модельными указаниями

I г:гг^ г: шшттт /1дч

-1 (82), 2016/ 1411

Рис . 8 . 3,0-модедь отливки «Корпус» Рис . 9. Отливки «Корпус» с литниковой системой

Рис . 10 . Монтаж моделей плиты противодавления

плиты давления на подмодельной плите (рис . 11) и формы в сборе (рис . 12), которые необходимы для выполнения моделирования литейных процессов при заливке формы расплавленным металлом .

Правильная конструкция литниковой системы должна обеспечивать непрерывную подачу расплава в форму по кратчайшему пути; спокойное и плавное ее заполнение; улавливание шлака и других неметаллических включений; создание направленного затвердевания отливки; минимальный расход металла на литниковую систему; не вызывать местных разрушений формы вследствие большой скорости и неправильного направления потока металла

Для изготовления данного типа отливок применяем принцип вертикального литника, так как управляемая давлением литниковая система дает большие технические и экономические преимущества:

• производство доброкачественных отливок;

• высокая степень использования плит;

144/1 (82)

гта?г гсшюттм (82), 2016

Рис 11 Монтаж моделей плиты давления

• максимальный выпуск отливок;

• наибольшая производительность;

• однородная микроструктура в отливках;

• ограниченные размерные допуски;

• литниковая система, которую можно использовать для всех типов металла

После определения конструкции литниковой системы располагаем модели на подмодельной плите с учетом минимальных толщин формовочной смеси (см . табл . 5) и минимальной длины питателей .

Для отливки с толщиной стенки 25 мм и общей высотой модели 75 мм верхняя кромка должна быть не менее А = 70 мм, боковая В = 70 мм, нижняя С = 60 мм . Выполняя эти требования и условие минимальной длины питателей, располагаем модели от бокового края подмодельной плиты на расстоянии 92 мм, верхней плоскости - 70 мм и нижней - 93 мм . Подставляя в формулу (1) массу отливки О = 10 кг; коэффициент трения т = 0,5; время заливки ^ = 10 с; среднюю величину ферростатического давления Нрасч = 195 мм, находим площадь питателя:

103610

Рис . 12 . Форма в сборе

Рп 10-0,5-7195

=148,38 мм2 .

Принимаем = 149 мм2 .

Площадь сечения подводных литниковых каналов определяется суммой площадей сечений питателей, работающих от литникового канала: с увеличением площади на 20%, чтобы создать в литниковой системе избыточное давление:

. . ~ I ич -I- I ¿14- / ми'^

П1 п2

= Е =149+149=298

мм

=1,2 = 1,2 • 298=357,6 мм2.

i г:гг^ г: шшттт /1дч

-1 (82), 2016/ l"tU

Рис . 13 . Процесс генерации конечно-элементной сетки Рис . 14 . Процесс генерации конечно-элементной сетки формы отливок «Корпус» с ЛПС (в программе Visual-Mesh) (в программе Visual-Mesh)

Так как ближайшее значение площади поперечного сечения литникового хода F^ х = 363 мм2, то принимаем литниковый ход № 7 (а = 11 мм) из таблицы рис . 4 .

Стандартные размеры чаш классифицируются в соответствии с расходом жидкого расплава (кг/с), который они могут обеспечить . Для определения нужного размера чаши, полную массу расплава (Сф), заливаемого в форму, необходимо разделить на полное время заливки (t) . Масса литниковой системы составляет 6,6 кг

Общую массу залитого чугуна на одну форму определяем по формуле (5):

=G + Grc =20+6,6=26,6 кг,

так как полное время заливки было равно t = 10 c .

Необходимый расход наливной чаши составляет:

^ = ^=2,66 кг/с. t 10

Выбираем наливную чашу № 3 по данным табл . 6 .

На основании чертежей монтажа моделей на плитах давления и противодавления делаем эскиз формы в сборе, необходимый для выполнения процесса моделирования

Разбиение на сетку производим в программе ProCast, при этом сохраняем отливку в Solid Works с расширением Parasolid ( .x_t) . Разбиваем на конечно-элементные сетки в системе Visual-Mesh . Задаем значение с размером тетраэдров 8 мм (рис . 13), затем строим форму и разбиваем ее на сетку с размером тетраэдров 8 мм (рис . 14) . После получения удовлетворительного результата разбиения сетки модель отливки и формы готова для ввода исходных данных и запуска моделирования процесса литья . Файл с расширением « . mesh» используем для моделирования в ProCast и переименовываем на файл с расширением « . pro» для дальнейшей работы в программе Poligon . В программе LVMFlow есть свой генератор сетки Параметры конечно-элементной сетки приведены ниже

Количество элементов Количество узлов Размеры тетраэдров

479783 92612 8 мм

Моделирование литейных процессов проводили с использованием пакетов СКМ «Полигон», ESI ProCast, LVMFlow, которые позволяют моделировать следующие процессы: тепловые процессы при затвердевании, образование усадочных раковин, макро- и микропористости, гидродинамические процессы при заливке Кроме того, формирование и расчет любых «критериев качества» для прогноза структуры, пригара, размыва формы, механических свойств, напряжений, трещин и др . Базовые модели (затвердевание, усадка и др ), опираясь на реальную физику процессов, максимально универсальны по сплавам и способам литья . Сплавы - алюминиевые, магниевые, медные, чугуны, стали, никелевые и др . Способы - в разовые литейные формы, в кокиль (в том числе водоохлаждаемый), ЛВМ, ВПФ, ЛПД, ЛНД,

Iflfi ггтггг г: тшпптрг гггг

14 U / 1 (82), 2016-

жидкая штамповка, направленное затвердевание и др .В программных пакетах СКМ «Полигон», ESI ProCast используется метод конечных элементов, а в LVMFlow - конечных объемов .

В трех программных пакетах задавались идентичные начальные и граничные условия . Начальные и граничные условия, использованные при моделировании литейных процессов технологии изготовления отливки «Корпус», приведены в табл . 10-12 .

Таблица 10. Теплофизические свойства литейной формы

Материал литейной формы Теплоемкость, кДж/(м3-К) Теплопроводность, Вт/(м-К)

Песчано-глинистая смесь с влажностью 3,5% 1400,0-1400,360 0,6-1,5

Таблица 11. Теплофизические свойства СЧ20

Плотность, кг/м3 Удельная теплоемкость, кДж/(кг-К) Теплопроводность, Вт/(м-К) Теплота затвердевания Т °С 1 лик' ^ Т °С 1 сол' ^

7100 480 54 238000 1180 1080

Таблица 12 . Начальные условия

Температура заливки, °С Температура литейной формы, °С Линейная скорость заливки, м/с Коэффициент температуропроводности через границу контакта отливка/форма, Вт/(м2К)

1320 20 0,0594 500

При расчете процессов кристаллизации использованы данные о распределении температуры в литейной форме и отливках, полученные при моделировании процесса заполнения . Результаты моделирования приведены на рис . 15 .

В результате моделирования установлено, что время затвердевания до температуры Тсол составляет 700 с . Анализ усадочных дефектов в трех программных пакетах показал (рис . 15), что усадочные раковины образуются в теле отливки, глубина усадки до 20 мм, а вероятность образования более 90% . Таким образом, разработанная на первом этапе конструкция литниковой системы не позволяет изготавливать годные отливки «Корпус»

Для устранения выявленных недостатков необходимо предусмотреть в конструкции ЛПС установку питающих бобышек . С учетом объема образующейся усадочной раковины следует выполнить расчет геометрических размеров питающей бобышки, обеспечивающей изготовление бездефектной отливки «Корпус», и повторный расчет ЛПС

Так как выбранному материалу СЧ20 (ГОСТ 1412-85) отливки «Корпус» характерна объемная усадка в размере 1,2%, расчет начинаем с узла питания и прибыли отливки .

Расчет модуля отливки Мс выполняем по формуле (7):

Mc = = 0,95 см .

С Л '

Объем и площадь поверхности отливки определяем с использованием программы Solid Works 2012 .

Модуль питателя отливки, который зависит от коэффициента критерия модуля Км, рассчитываем по выражению (8):

MF > 1,0• 0,95 .

Из табл . 8 стандартных форм и размеров прибылей в зависимости от рассчитанного модуля питателя (Mf = 0,95 см) определяем размеры цилиндрической прибыли, которые соответствуют № 8 .

Тогда диаметр прибыли (DR) будет равен 55 мм .

Площадь сечения шейки прибыли вычисляется следующим образом:

диаметр шейки прибыли:

Dr 55

Dn >-r = — = 18,3 мм, N 3 3

площадь круглого сечения шейки:

3,14-18,3 __ 2

А* =—* = --— = 263,85 мм2 .

* 4 4

Выбираем форму шейки трапецеидальную, стороны которой равны: а = 9,4 мм; Ь = 18,8 мм; с = 18,8 мм

/

-1 (82), 2016 / ■■•#

Рис . 15 . Результаты моделирования в 3-х программных пакетах: а - ProCast; б - LVMFlow; в - Poligon

В связи с горизонтальным расположением отливки в литейной форме и боковым расположением прибыли (рис . 16) для обеспечения лучшего питания отливки необходимо применить напорный тип литниковой системы

Так как впускные питатели прибыли (^ и ^2) находятся под давлением, для расчета их площади используем формулу:

1036(6 +Сир)

TmjH^ ,

(10)

где О = 10 кг - масса отливки; Опр = 1,4 кг - масса прибыли; М = 0,5 - фактор потерь; Т = 14 - 4 = 10 с -время заливки; Нт = 195 мм - средняя величина ферростатического давления:

в

148 / *8ЛП>ЯГТ 1 (82), 2016

Рис . 16 . Монтаж моделей с питающими бобышками на подмодельной плите

Рис . 17. Отливки «Корпус» с литниково-питающей системой

Рис . 18 . Форма в сборе

Рис . 19. Процесс генерации конечно-элементной сетки отли- Рис. 20 . Процесс генерации конечно-элементной сетки фор-вок с ЛПС (в программе Visual-Mesh) мы (в программе Visual-Mesh)

лггт^и мтштт/1Л0

-1 (82), 2016/ 1ЧУ

Рис . 21 . Результаты моделирования в 3-х программных пакетах: а - ProCast; б - LVMFlow; в - Ро^оп

1036(10+1,4) 2

К, =--- =169,15 мм2;

10 • 0,5-4/195

Принимаем = 170 мм2 .

Площадь сечения подводных литниковых каналов определяется суммой площадей сечений питателей, работающих от литникового канала: с увеличением площади на 20%, чтобы создать в литниковой системе избыточное давление:

= ^ +/^П2 =170+170=340 мм2,

=1,2^ =1,2-340=408 мм2.

в

150 /1 (82)

гттгг= гг гтшжпш (82), 2016

Так как ближайшее значение площади поперечного сечения литникового хода х = 432 мм2, то принимаем литниковый ход № 8 (А = 12 мм) из таблицы рис . 4 .

Для определения нужного размера чаши полную массу расплава в форме необходимо разделить на полное время заливки

Принимаем, что подача (в рабочую полость) сплава из формы составляет приблизительно 75%, а общая масса отливок и прибылей в нашем случае равна О = 20 кг; Опр = 2,8 кг.

Общая масса залитого чугуна на одну форму:

в2 =С-1,33=(20+2,8)-1,33=30,2кг.

Необходимый расход наливной чаши :

а = ЗМ=3,02кг/с .

Т2 10

Выбираем наливную чашу № 4 по табл 6

На основании полученных результатов расчетов были построены 3^-модели отливок с литниково-питающей системой (рис . 17) и формы в сборе (рис . 18), которые необходимы для выполнения моделирования литейных процессов

Начальные и граничные условия, использованные при моделировании литейных процессов технологии изготовления отливки «Корпус», приведены в табл . 10-12 .

Результаты разбиения сетки, модель отливки и формы приведены на рис . 19, 20, а параметры конечно-элементной сетки - ниже .

Количество элементов Количества узлов Размеры тетраэдров

320121 63190 8-10 мм

При расчете процессов кристаллизации использованы данные о распределении температуры в литейной форме и отливках, полученные при моделировании процесса заполнения . Результаты моделирования приведены на рис . 21.

В результате моделирования установлено, что время затвердевания до температуры Тсол составляет 730 с . В последнюю очередь расплав кристаллизуется в прибылях, что говорит о высокой эффективности рассчитанных прибылей, которые полностью выполняют функцию питания отливки расплавом Анализ усадочных дефектов показал, что усадочные раковины образуются в прибылях, глубина усадки составляет до 40 мм, а вероятность образования более 90% .

Применение расчетов вертикальных литниковых систем с использованием стандартизованных элементов позволяет значительно сокращать время, затрачиваемое на разработку технологического процесса изготовления отливки

Литература

1. Теория и технология литейного производства / Д . М . Кукуй, В . А . Скворцов, Н . В . Андрианов . В 2-х ч . Ч. 2 . Технология изготовления отливок в разовых формах. Минск: Новое знание; М: ИНФА-М, 2011, 406 с .

2 . Справочник DISA . Приложение к инструкции по эксплуатации безопочной автоматической линии DISA .

References

1. K u k u j D. M. , S k v o r c o v V.A. , A n d r i a n o v N. V. Teorija i tehnologija litejnogo proizvodstva [Theory and Technology foundry], V 2-h ch . Ch . 2 . Tehnologija izgotovlenija otlivok v razovyh formah [The technology of manufacture of castings in one-off forms], Minsk: Novoe znanie Publ . , Moscow, INFA-M Publ . , 2011, 406 p .

2 . SpravochnikDISA. Prilozhenie k instrukcii po jekspluatacii bezopochnoj avtomaticheskoj linii DISA [DISA directory . Appendix to the operating flaskless automatic DISA line instructions].