Расчет размеров прибыли

 

Число, форма и размеры прибылей должны обеспечивать питание кристаллизующихся участков отливки жидким сплавом с целью компенсации объёмной усадки и получения плотных отливок.

Объем прибыли V_П, м³ определяем по методу Пржибыла [6]

 

, (1.46)

 

где β – коэффициент неэкономичности прибыли;

– для открытых прибылей,

– для закрытых прибылей,

– для прибылей с теплоизоляцией;

– часть объемной усадки сплава, принимающая участие в формировании усадочной раковины; = 0,043…0,45 – для Al сплавов;

– объем отливки или питаемого узла, м³.

Определим геометрические параметры прибыли:

 

V_П = S_П ∙ h_П , (1.47)

 

где S_П – площадь прибыли, м²;

h_П – высота прибыли, м.

Форма прибыли определяется конфигурацией питаемого массивного теплового узла отливки.

 

6.8. Пример расчёта размеров прибыли отливки «Крышка верхняя»

 

Объём прибыли V_П определяем по методу Пржибыла по формуле (1.46)

 

м³.

 

Задаём высоту прибыли h_П = 0,1 м.

Таким образом, площадь прибыли S_П, м² найдём из формулы (1.47)

 

 

Поскольку прибыль представляет собой цилиндр, его площадь будет равна:

 

. (1.48)

 

где D – диаметр основания прибыли, м.

Выразив из формулы (1.48) диаметр прибыли D, м, получаем

 

 

 

6.9. Пример расчёта размеров прибыли отливки «Стакан»

 

Объем прибыли V_П определяем по методу Пржибыла по формуле (1.46)

 

м³.

 

Поскольку прибыль представляет собой кольцо, ее площадь будет равна:

 

, (1.49)

 

где D и d – соответственно, наружный и внутренний диаметры прибыли, м; D = 0,12м, d = 0,02 м.

 

 

Тогда, выразив из формулы (1.47) высоту прибыли h_п, получаем

 

 

7. Расчёт толщины стенки кокиля

 

7.1. Методика расчёта толщины стенки кокиля

 

Находим толщину стенки кокиля [7]:

 

(1.50)

 

где К = 0,8…1,2 – коэффициент, учитывающий сложность и толщину стенки отливки, меньшее значение принимается для простых толстостенных отливок, большее для сложных тонкостенных;

А – коэффициент, рассчитываемый по формуле (1.51);

λ_2, λ _кр – теплопроводность материала кокиля и огнеупорной краски соответственно, Вт/мК; типовые многокомпонентные краски приведены в табл. 1.10 [8];

x _1,– половина толщины стенки отливки, мм;

x_кр – толщина слоя огнеупорной краски, м.

 

, (1.51)

 

где ρ_1, ρ₂ – плотность жидкого материала отливки и твёрдого материала кокиля соответственно, кг/м³;

с _1, с ₂ – удельная теплоёмкость металла и кокиля соответственно, Дж/кгК;

Т_з – температура заливки, К;

Т_кр – температура кристаллизации, К;

Т _{2 н} – температура подогрева кокиля перед заливкой, К;

L ₁ – удельная теплота кристаллизации, Дж/кг.

Таблица 1.10

Многокомпонентные типовые краски

 

№ краски	Состав, % по массе	, Вт/мК
Мел	Прокаленный тальк	Окись цинка	Двуокись титана	Прокаленный асбест	Коллоидальный графит	Борная кислота	Жидкое стекло	Вода
	21,0	7,0	-	-	-	-	0,7	-	71,3	0,210
	5,5	-	-	-	34,5	-	-	5,5	54,5	0,267
	10,0	-	-	-	13,0	-	-	7,0	70,0	0,267
	21,0	-	-	-	-	-	-	4,5	74,5	0,279
	-	-	5,5	-	12,0	-	-	12,5	70,0	0,337
	4,3	-	-	8,4	-	8,4	-	8,4	70,5	0,360
	-	20,5	-	-	-	-	-	5,0	74,5	0,396
	8,0	-	5,5	4,0	-	-	-	4,5	78,0	0,407
	-	-	6,7	-	-	-	-	4,5	88,9	0,525

7.2. Пример расчёта толщины стенки кокиля для отливки «Крышка верхняя»

 

Рассчитаем коэффициент А для отливки «крышка верхняя» по формуле (1.51):

 

 

Толщина стенки кокиля рассчитывается по формуле (1.50):

 

мм.

 

7.3. Пример расчёта толщины стенки кокиля для отливки «Стакан»

 

Рассчитаем коэффициент А для отливки «стакан» по формуле (1.51):

 

 

Толщина стенки кокиля рассчитывается по формуле (1.50):

 

мм.

 

8. Расчёт времени затвердевания отливки

 

8.1. Методика расчёта времени затвердевания отливки

 

Время затвердевания , с отливки [8] находим по формуле

 

(1.52)

 

где – приведённый размер отливки, м; рассчитывается по формуле (1.53);

– коэффициент тепловой проводимости сплава, Вт/м²К; определяется по формуле (1.54);

– теплоёмкость сплава, Дж/кгК;

– плотность сплава, кг/м³;

Т ₁ – температура заливки, К;

– температура, К; определяется по формуле (1.57)

Т_L – температура ликвидус, К;

- время заливки формы, с.

 

, (1.53)

 

где V_отл – объём отливки, м³;

F_отл – площадь отливки, м².

 

, (1.54)

 

где – коэффициент тепловой проводимости краски, Вт/м²К; рассчитывается по формуле (1.55);

– коэффициент полной теплоотдачи, Вт/м²К; определяется по формуле (1.56);

– толщина формы, м; определяется по формуле (1.50);

– характерный размер (толщина) отливки, м;

– температура формы, К.

 

, (1.55)

 

где – коэффициент теплопроводности краски, Вт/мК; некоторые виды красок представлены в табл. 1.10;

– толщина слоя краски, м; .

 

, (1.56)

 

где – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м²К;

– коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/м²К.

 

, (1.57)

где Т_ср – температура среды, К;

– теплоёмкость отливки, Дж/кгК;

– плотность отливки, кг/м³;

V_ф – объём формы, м³;

V_отл – объём отливки, м³.

 

8.2. Пример расчёта времени затвердевания для отливки «Крышка верхняя»

 

Определим температуру по формуле (1.57)

 

.

 

Коэффициент тепловой проводимости сплава определяется по формуле (1.54)

 

Вт/м²К.

 

Приведённый размер отливки l ₀ находим по формуле (1.53)

 

 

Время затвердевания отливки «крышка верхняя» находим по формуле (1.52)

 

 

8.3. Пример расчёта времени затвердевания для отливки «Стакан»

 

Определим температуру по формуле (1.57)

 

.

 

Коэффициент тепловой проводимости сплава определяется по формуле (1.54)

 

Вт/м²К.

 

Определяем время заливки , с

 

, (1.58)

 

где Н_отл – высота отливки, м; Н_отл = 0,12 м;

– предельно допустимая скорость заполнения, м/с; определяется по формуле (1.31)

 

 

Приведённый размер отливки l ₀ находим по формуле (1.53)

 

 

Время затвердевания отливки «стакан» находим по формуле (1.52)