Формулы для определения времени затвердевания отливок в формах.
После заливки формы отливка охлаждается и затвердевает. Полностью затвердевшая отливка должна определенное время охлаждаться с формой, т.к. прочность металла при высоких температурах мала и отливка может быть разрушена при преждевременной выбивке из формы. Кроме того, выбивка при высокой температуре нежелательна, потому что охлаждение ее на воздухе неравномерно: тонкие части будут охлаждаться быстрее массивных, что вызовет появление в отливке внутренних напряжений, ее коробление и даже трещины. Для сокращения продолжительности охлаждения отливок, особенно массивных, используют различные методы принудительного охлаждения: формы обдувают воздухом; в формы при формовке укладывают змеевики или трубы, по которым пропускают воздух или воду и др. При этом качество отливок не ухудшается. Длительное нахождение отливки в форме нежелательно, т.к. это приводит к снижению производительности литейных цехов. Аналитическое применение задачи процесса затвердевания отливок не позволяет учитывать ряд технологических факторов (например, конфигурацию отливки, образующийся зазор между отливкой и формой). Н. Г. Гиршович и Ю. А. Нехендзи разработали методику расчета затвердевания отливок, в основу которой положено строгое аналитическое решение с последующим уточнением результата, путем введения ряда поправочных коэффициентов.
где V, F – соответственно объем (м3) и теплопроводящая поверхность отливки, (м2); к – коэффициент затвердевания, м/с0,5; μ – поправочный коэффициент. Для плоской стенки Соотношение
Окончательно решение уравнения имеет вид
В приведенных уравнениях и приняты следующие обозначения:
λ, с, ρ – соответственно, теплопроводность (Вт/м·К), удельная теплоемкость (Дж/кг·К) и плотность (кг/м3);
«Ме» и «ф» - отмечают соответственно характеристики металла и формы;
L – теплота затвердевания металла;
Продолжительность затвердевания без учета потерь можно рассчитать по формуле
Приняв все вышеизложенное получаем
Поправочные коэффициенты на конфигурацию ( Поправка на конфигурацию (
Таблица – Определение поправки
Поправка на перегрев металла (
Таблица – Значение коэффициентов β в формуле
Поправочный коэффициент (
Для определения поправки на зазор между отливкой и формой (
кой (
где
Термическое сопротивление зазора
здесь принимают В случае неметаллической формы влиянием зазора можно пренебречь, принимая После расчета всех поправочных коэффициентов определяют время затвердевания отливки (
|
,
- приведенная толщина отливки;
; для цилиндра 
;для сферы 
.
является строгим решением задачи о затвердевании плоской отливки (
), изготовленной из чистого металла (
), заливаемого без перегрева (
) в форму при условии отсутствия зазора между отливкой и формой (
). В этом случае К. Шварцем получено расчетное уравнение в критериальной форме:
- критерий тепловой активности, являющийся безразмерной характеристикой интенсивности теплообмена между отливкой и формой, KB<<1 в неметаллических формах, KB 
1 при литье в металлические формы, KB>>1 для водоохлаждаемых форм;
- тепловая активность материала, Вт·с0,5/(м2·К);
- температуропроводность металла, м2/с;
- критерий теплоты затвердевания, характеризующий относительную мощность теплового источника при кристаллизации;
- температура кристаллизации металла tкр, отсчитанная от начальной температуры формы tН. Ф;
- критерий коэффициента затвердевания, характеризующий скорость процесса и выражаемый через безразмерную продолжительность затвердевания 
соотношением 
.
), перегрев (
), интервал кристаллизации (
) и зазор (
) можно определить расчетным путем.
) над температурой кристаллизации 
, вызывающим прогрев формы до начала затвердевания и соответствующее уменьшение интенсивности теплоотвода в период кристаллизации определяется по таблице 4 и по формуле
) и крас-
): 
. Кроме того необходимо знать теплопроводность образовавшегося зазора (
):
,
- половина толщины отливки.
,
; 
; 
.
.
) по формуле:
.
