Расчет элементов литниковой системы

Литниковой системой называется система каналов, по которым металл заполняет форму. Основными элементами литниковой системы являются (см. рис. 6): 1 – литниковая чаша, 2 – стояк, 3 – шлакоуловитель, 4 - питатель, 5 - выпор.

Рисунок 6. Элементы литниковой системы (на примере фланца чугунного):

1 - литниковая чаша, 2 – стояк, 3 – шлакоуловитель, 4 - питатель, 5 – выпор; 6 - отливка

У отливок значительной массы к литниковой системе может относится также и прибыль – дополнительная полость, устраиваемая над массивными частями отливки для их питания. Прибыль позволяет избежать усадочных раковин.

Расчет литниковой системы сводится к определению площади наименьшего сечения литниковой системы (стояка или питателя) с последующим определением (по соотношениям) площадей сечения остальных элементов литниковой системы.

Площадь наименьшего сечения F_нс находят по формуле:

где Q – масса металла, прошедшего через минимальное сечение;

τ – продолжительность заливки, с;

ρ – плотность металла, кг/м3;

μ – коэффициент расхода литниковой системы, учитывающий потери на трение, для тонкостенного сложного литья μ = 0, 35;

H_р – расчетный напор, м;

g – ускорение свободного падения, g=9, 81 м/с².

Для расчета массы металла Q, необходимо вычислить объем полости литейной формы V_п, который, в первом приближении, можно принять равным объему модели отливки V_о. Массу металла Q определяют по формуле:

Продолжительность заливки формы τ определяют по формуле:

где δ – преобладающая толщина стенок отливки, мм;

S – коэффициент, зависящий от толщины стенки и конфигурации отливки: для чугуна S=1, 8.

Напор H_p зависит от способа заливки литниковой системы, положения отливки в форме и других факторов. В наших случаях при подводе метал­ла по разъему H_p рассчитывают по формуле:

где H₀ – первоначальный максимальный напор (см. рис. 7), м;

Р – расстояние от самой верхней точки отливки до уровня подвода, м;

С – высота отливки (по положению при заливке), м;

Рисунок 7. Схема расчета литниковой системы:

H₀ – первоначальный максимальный напор, м;

Р – расстояние от самой верхней точки отливки до уровня подвода, м;

С – высота отливки, м

По площади наименьшего сечения F_нс рассчитывают площади сечения остальных элементов литниковой системы по соотношениям:

1) для чугунных отливок

F_пит.: F_шл.: F_ст. = 1, 0: 1, 1: 1, 2;

Расчёт:

Объём модели:

V₀=2V₁+V₂ – V₃ – V₄=8431724.94261 мм³

V₁=π r²h=3.14*225²*20=3180862.56176 мм³

V₂=3.14*130²*220=11680441.486 мм³

V₃=3.14*100²*160=5026548.24574 мм³

V₄=3.14*120²*100=4523893.42117 мм³

Масса модели:

Q=ρ V₀=60.3 кг

Продолжительность заливки формы:

τ =S*(δ *Q)^1/3=1.8*(20*60.3)^1/3=19.2 с

Расчётный напор:

H_р=Н₀ – Р²/2С=0.4 – (0.225)²/2*0.45=0.34375 м

Площадь наименьшего сечения F_пс:

F_нс=60.3/(19.6*0.35*7100*(2*9.81*0.34375)^1/2)=655.27 мм²

F_пит= F_нс/2=327.635 мм²

F_шл= F_пит*1.1=360.4 мм²

F_ст= F_шл*1.2=432.5 мм²

После размеров элементов литниковой системы необходимо выбрать их конструкции. Литниковая чаша правильной формы тормозит металл по пути в форму, успокаивает потоки, улавливает шлаки и содействует выделению газов из металла в момент заливки. Внутренние размеры чаши устанавливаются из следующих соотношений: B =3d_ст; h = 0, 7b; l =1, 6b, где l, B, h – длина, ширина и высота чаши; d_ст – диаметр стояка в нижней части.

Диаметр стояка определяется по формуле:

d_ст =Ö 4× F_ст/p; d_ст = Ö 4× 432.5/3, 14 = 23, 47 мм.

B =3× 23, 47 =70, 41 мм; h =0, 7× 70, 41 =49, 287 мм; l =1, 6× 70, 41 = 112, 656 мм.

Сечения питателей и шлакоуловителей имеют форму равнобедренной трапеции. Определим их размеры по таблице: h =8мм; А =58мм; B =66мм.