Анализ процесса взаимодействия сплава АЛ11 с газами

Тsol= 570° C

Tliq= 662° C

?Т=92Со

Меры борьбы:

1) Организацию равномерного отвода теплоты от отливки и создание условий направленного затвердевания отливки, путем установки холодильников.

2) Ликвацию можно уменьшить, понижая температуру нагрева, увеличением скорости заливки металла (литьё под давлением) и замедлением его охлаждения (с помощью использования специальных теплоизоляционных красок).

3. Анализ процесса заполнения полости литейной формы

3.1 Рассчитать минимально допустимое значение расхода сплава в полости формы, при котором в отливке не образуется дефектов типа неполного заполнения. Расчет провести по трем различным методикам из числа рекомендуемых в литературе

Vотл=Vдет+Vпр+Vл.п.с.=1641863.5 мм3

Vдет =386399 мм3 - объём детали

Vпр=1201895,5 мм3- объём прибылей

Vл.п.с. =53569 мм3 - объём литниково-питающей системы

где, Vотл - объем отливки (м3);

Qmin - минимально допустимый расход (м3/с);

фтеч. - время течения металла (с).

а) По формуле Соболева Дубицкого

где,

s - коэффициент, учитывающий род сплава, тип литниковой системы, конфигурацию и массу отливки;

М - масса отливки с литниковой системой и прибылями (кг).

М = 4827 г =4,83 кг

Т.к. нижняя литниковая система и масса от 2 до 5 кг, то s = 2,4.

Средняя толщина стенок отливки д1=20 мм

б) Исходя из гидродинамического условия заполнения

где,

Нотл - полная высота отливки в метрах;

Wкр - критическая скорость движения расплава в полости формы (мм/с)

Для алюминиевых сплавов А = 100-120

д1 - средняя толщина стенки отливки.

д1 = 20 мм.

в) По секундному расходу

Для алюминиевых сплавов секундный расход

Среднее время заполнения формы = 11 с.

3.2 Указать стрелками на эскизе последовательность заполнения литейной формы металлом зоны возможных сбросов потока и ударов о препятствия. Оценить вероятность образования вторичных шлаковых включений в результате сбросов и ударов потока расплава, заполнявшего полость литейной формы

Заполнение литейной формы происходит снизу вверх. Металл из стояка поступает в основание формы, затем начинают заполняться массивы и ребра внутри. После заполнения всех полостей металл пойдет в прибыли. Вторичные шлаковые включения могут образовываться в результате ударов металла о полость кокиля. Нижняя литниковая система обеспечивает ламинарное течение жидкости. Для предупреждения образования вторичных шлаковых включений необходима непрерывная струя заливки или уменьшение высоты падения металла при заливке.

3.3 Пользуясь чертежом отливки подберите фактические значения соотношения площадей сечений основных элементов литниковой системы: стояков, литниковых ходов и питателей в виде формулы: ?Fc:?Fл.х:?Fn. Проверить правильность выбранного соотношения проведя свои расчеты

Изначально данные размеры:

?Fc=рR2=3.14Ч102=314мм2=3,1см2

?Fс=3,1 см2

?Fлх= см2

? см2

Расчёт: так как масса отливки меньше 5кг, а высота меньше 150мм, то:?Fc:?Fл.х:?Fn = 1:2:2

Площадь стояка в нижней части:

?Fc = 3,04 см2;

?Fл.х = ?FcЧ2=6,08 см2;

?Fп = ?Fc Ч2=6,08 см2.

Основываясь на расчётах видим что данное сечение стояка приблизительно равно расчётному значению, но данные сечения литникового хода и питателя не совпадают с расчётными значениями. Следовательно для полного заполнения металлом формы следует увеличить сечения л.х и питателя до расчётных значений.

3.4 Пользуясь чертежом отливки и приведенной методикой рассчитать значение скоростей течения расплава в стояках, литниковом ходе, питателях, а также среднюю скорость подъема зеркала расплава в полости литейной формы. При выполнении расчетов принять значение коэффициента Дарси л=0,04

А) Максимальная скорость в стояке:

Периметр стояка Р = 2рr; r = 10 P=2Ч3.14Ч10 =60 мм= 6 см

(максимально допустимая скорость в стояке)

Б) Максимальная скорость в литниковом ходе:

Периметр литникового хода a = 7мм, b = 68 мм Р =2(a + b)=150мм

(максимально допустимая скорость в литниковом ходе)

В) Максимальная скорость в питателях:

Периметр питателя а = 7 мм, b = 68 мм. Р = 2(а + b)=150мм;

Г)

(средняя скорость подъёма расплава в форме) где,

Zk- высота рассматриваемой точки сечения

м - коэффициент расхода литниковой системы.

Т.к. нижняя литниковая система, 2 поворота то м = 0,55-0,6

(средняя скорость подъёма расплава в форме)

3.5Определить давления металла на стенки формы в верхней и нижней части стояка на момент начала заполнения формы. Объяснить возможность образования в отливке вторичных шлаковых включений, обусловленных инжекцией воздуха в поток расплава

, где

 - искомое давление

- плотность жидкого металла

,

zk - высота рассматриваемой точки над плоскостью отсчета

- входное (атмосферное) давление,

о - коэффициент местного сопротивления,

,

- скорость металла в верхнем сечении стояка;

- скорость металла в нижнем сечении стояка;

1) Давление в верхней части стояка

2) Давление в нижней части стояка

Образование вторичных шлаковых включений в результате инжекции воздуха в поток расплава в данном случае исключено т.к. Px1<Px2

3.6 Оценить вероятность образования вторичных шлаковых включений, обусловленных излишне высокой скоростью течения: расплава в стояке, коллекторе, питателе или полости литейной формы. Проверочные расчеты выполнить по методике, изложенной в лекционной части курса

Сравнение фактических и максимальных серостей в литниково-питающей системе отливки:

Фактическая скорость в стояке

евх-х - ориентировочный коэф-т местных сопротивлений

Фактическая скорость в литниковом ходе:

Фактическая скорость в питателях:

Т.к фактическая скорость в питателе больше максимально допустимой то возможно турбулентное течение расплава в полости формы также возможны и удары расплава о стенки формы что приведёт к образованию вторичных шлаковых включений.

Чтобы это исключить следует увеличить сечение питатиля или увеличить количество питателей.

3.7 Пользуясь справочной литературой, определить оптимальную температуру заливки сплава

Согласно справочнику оптимальная температура заливки сплава АЛ11 равна 700-750 Со. Но в зависимости от толщины стенок следует подбирать определённую температуру перегрева для обеспечения полного заполнения формы.

3.8 Сформулировать теоретически обоснованные рекомендации, направленные на устранение дефектов типа неполного заполнения формы и вторичных шлаковых включений в случае их появления при серийном изготовлении отливки

Для повышения заполняемости формы металлом следует:

· Увеличить температуру заливки металла, уменьшив его вязкость, но при этом понижается его качество.

· Увеличить скорость течения металла.

Для борьбы со вторичными шлаковыми включениями необходимо чтобы реальная скорость в питателе была меньше максимально допустимой, этого можно достичь путём увеличения сечения питателя и уменьшения сечения стояка также можно скруглить острые углы и исключить ударение потока расплава о стенки при его движении в полость формы.

3.9 Пользуясь справочной литературой оценить жидкотекучесть сплава

Спалв АЛ11 обладает высокой жидкотекучестью его применяют для производства отливок очень сложной конфигурации

4. Анализ процессов питания затвердевающей отливки

4.1 Оценить вероятность появления в отливке дефектов типа усадочных раковин или усадочной пористости

В целом данная отливка мало склонна к возникновению усадочной пористости т.к она изготавливается из узкоинтервального сплава (?T=92o)

В элементе (4) данной отливки велика вероятность возникновения усадочной пористости т.к более тонкая часть (3) затвердевает раньше и перекрывает доступ жидкого металла к массиву (4) .

4.2. Представить модель литой детали, как совокупность связанных между собой геометрических элементов и построить соответствующий график, вершины которого интерпретируются как элементы отливки, а рёбра - связь между ними

Граф литой детали:

1 2 3 4

4.3 Учитывая продолжительность затвердевания каждого элемента литой детали на рёбрах графа литой детали расставить стрелки, указывающие последовательность затвердевания элементов. Стрелки должны быть направлены от элементов с большей продолжительностью затвердевания к элементам с меньшей продолжительностью затвердевания. Продолжительность затвердевания смежных элементов оценивать ориентировочно по значениям их приведённых размеров

Ориентированный граф отображающий последовательность затвердевания литой отливки:

Исходя из значений приведённых размеров определяем последовательность затвердевания элементов отливки:

1 2 3 4

Рис№1 (Ориентированный граф отображающий последовательность затвердевания литой отливки)

4.4 Проанализировать ориентированный граф литой детали с целью обнаружения элементов литой детали, в которых наиболее вероятно образование усадочных раковин или пористости. Основным признаком таких элементов (тепловых узлов) является полное отсутствие на ориентированном графе литой детали стрелок, входящих в соответствующую вершину

Основным признаком таких элементов является полное отсутствие на ориентированном графе литой детали стрелок, входящих в соответствующую вершину.

На рис№1 тепловым узлам литой детали соответствуют вершина №2 т.к. в неё не входит ни одной стрелки.

4.5 Дополнить граф литой детали элементами системы питания отливок к которым относятся: прибыли, питатели; технологические напуски, холодильники и утепляющие вставки. Условные обозначения приведены в таблице №2

Граф системы питания отливки:

П 1 2 3 4

4.6 Оценить эффективность работы системы питания анализируемой отливки. Формальным признаком эффективности системы питания является отсутствие в графе системы питания вершин, в которые не входит хотя бы одна стрелка. Это не относится к вершинам, соответствующим прибылям и питателям

Формальным признаком эффективности системы питания является отсутствие в графе системы питания вершин, в которые не входит хотя бы одна стрелка. Это утверждение не относится к вершинам, соответствующим прибылям и питателям.

Данная система питания является достаточно эффективной т.к. т.к. на тепловой узел №2 произведена установка холодильника, на элемент №1 устанавливаем утеплитель(путём утолщения слоя краски наносимого на внутреннюю полость кокиля)

4.7 Оценить экономичность прибылей, применяемых в системе питания отливки по значениям коэффициента запаса

k- коэффициент запаса прибыли

Vi, Vn- объём i-го элемента отливки питающей его прибыли

a- усадка сплава при кристаллизации

а=4,2%

Vi=386,4 см3

Vn=120 см3

k=

k= коэффициент запаса прибыли которая питает отливку:

4.8 Предложить свой вариант системы питания отливки и построить соответствующий граф

Граф данной отливки соответствует ранее предложенному варианту.

Отличием данной отливки является наличие второго питателя, что уменьшает скорость расплава в них в следствии чего исключается замешивание в расплав вторичных шлаковых включений.

5. Анализ процессов силового взаимодействия отливки с формой

5.1 Написать формулу, позволяющую рассчитать размеры модели оснастки с учётом линейной усадки сплава

,

елит =1,3% - линейная усадка;

lмод - размер модельной оснастки;

lотл =196(мм) - размер отливки.

5.2 Сформулировать теоретически обоснованные мероприятия, направленные на уменьшение уровня усадочных, термических и фазовых напряжений в отливке

Чтобы предотвратить образование усадочных и термических напряжений, необходимо провести следующие мероприятия:

1. Исключить неравномерное распределение температуры в охлаждающейся отливке. В данной отливке есть элементы, которые затвердевают раньше, чем другие части отливки. Также имеются упорные места (фланцы) которые препятствуют свободной линейной усадке перемычки (3) в результате чего в ней образуются усадочные напряжения, что может привести к образованию горячих и холодных трещин.

2. Исключить или снизить тормозящее действие неподатливой формы (путём установки проставок из податливых материалов). В данном случае литьё производится в неподатливую форму - кокиль.

5.3 Пользуясь справочной литературой оценить предрасположенность сплава к образованию горячих трещин

Сплав АЛ11 имеет малую склонность к горячим трещинам. Горячеломкость сплава АЛ11 - толщина кольца 5 мм.

Например: горячеломкость сплава АЛ19 - толщина кольца 32.5 мм

Горячеломкость сплава АЛ7- толщина кольца 35мм

5.4 На эскизе отливки указать участки, в которых наиболее вероятно образование горячих трещин

трещины

Склонность к трещинообразованию будет проявляться на выделенных участках, вследствие возникновения затрудненной усадки в этих местах.

5.5 Сформулировать теоретически обоснованные мероприятия, направленные на борьбу с образованием в отливке горячих и холодных трещин

Для уменьшения вероятности возникновения холодных трещин следует провести ряд мероприятий.

1) Изменить состав сплава в рамках допустимых значений компонентов сплава.

2) Уменьшить содержание примесей в расплаве.

Все эти мероприятия проводятся во время приготовления сплава перед заливкой.

Также возможно применение специальных вставок из податливых материалов (песчано-стержневая смесь)

Страницы: 1, 2