РАСЧЕТ УСАДОЧНОЙ РАКОВИНЫ

Математический расчет величины усадочной раковины рассмотрим на примере цилиндрической отливки, принимая для упрощения следующие положения:

  • • отливка имеет форму цилиндра высотой Н и диаметром 2R (рис. 7.5);
  • • отливка состоит из чистого металла; заливку в форму производят мгновенно; усадка происходит только при затвердевании, и коэффициент усадки равен а;
Схема к расчету усадочной раковины в цилиндрической отливке

Рис. 7.5. Схема к расчету усадочной раковины в цилиндрической отливке

  • • перемещение металла в результате усадки происходит мгновенно и беспрепятственно; образование осевой пористости не принимается во внимание;
  • • охлаждение с торцовых поверхностей цилиндра ни снизу, ни сверху не происходит.

Предположим, что за время т на боковой поверхности цилиндра образуется слой твердого металла толщиной х, а радиус жидкой части отливки в этот момент становится равным г. К этому моменту уровень жидкого металла в результате усадки опускается от начальной верхней поверхности до величины h, отсчитываемой от нижнего торца цилиндра.

Выделим в жидком металле слой толщиной dr, на который должна передвинуться граница затвердевания в последующий период времени dx. При затвердевании этого слоя его объем становится врезультате усадки меньше на величину adV, где dV—элемент объема. Если бы внутренняя часть отливки не была заполнена жидким металлом, это привело бы просто к уменьшению толщины твердого слоя. Однако находящаяся внутри жидкость перемещается, и ее уровень в верхней части опустится на некоторую величину dh. При этом объем усадочной раковины Vy увеличится на величину dVр. Описанный процесс в общем виде можно представить равенством

или

Откуда

Интегрируя левую часть равенства (7.30) от Я до h и правую от R до г, получим

Окончательно уравнение будет иметь вид

Полученная зависимость высоты положения усадочной раковины находится в параболической зависимости от радиуса усадочной раковины и при г = 0 высота раковины h = 0, т.е. основание усадочной раковины достигает дна отливки.

В реальных условиях теплоотвод и затвердевание протекают одновременно и в осевом, и в радиальном направлениях. В этом случае поверхность усадочной раковины в отливке близка к параболической зависимости, но не доходит до дна отливки, а будет заканчиваться выше, в точке, где встречаются фронты затвердевания снизу и с боковой поверхности. Это обусловлено тем, что кроме осевого затвердевания отливки снизу вверх за счет теплоотвода в нижнюю часть формы наличие конвекции в расплаве сдвигает усадочную раковину в верхнюю часть отливки. Отсюда следует очень важный вывод, заключающийся в том, что чем интенсивнее происходит продвижение фронта затвердевания снизу, тем меньше глубина усадочной раковины.

При расчете формы усадочной раковины в прибыли, питающей отливку или ее отдельный узел, коэффициент объемной усадки А.А. Рыжиков рекомендует определять по выражению

где М — масса отливки или узла отливки, на котором установлена прибыль; Мпр - масса прибыли.

Для получения качественных отливок без усадочных раковин и при проектировании литейной технологии на верхнюю часть отливки (как правило) или горячий узел устанавливают дополнительный резервуар с жидким металлом, называемый прибылью.

Контрольные вопросы

  • 1. Что такое усадка? Назовите виды усадки и их определение.
  • 2. Чем отличается линейная усадка от литейной?
  • 3. Из чего складывается полная объемная усадка и какие дефекты могут образовываться в эти периоды?
  • 4. Что такое усадочная раковина и причины ее образования?
  • 5. Что такое усадочная пористость и причины ее образования?
  • 6. Назовите основные положения при расчете осевой пористости.
  • 7. Назовите методы и основные положения при расчете усадочной раковины.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >