Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Расчет и конструирование внутренних и наружных холодильников

04.11.2018

Применение технологических напусков не только увеличивает расход металла на отливку, но и требует дополнительной механической обработки отливки по их удалению. Поэтому часто для обеспечения направленного затвердевания и устранения термических узлов применяют внутренние и наружные холодильники.

Внутренний холодильник представляет собой тело из сплава, близкого по своим свойствам к материалу отливки, которое устанавливают в полость формы в области массивного термического узла. Установка холодильника за счет отвода тепла на его нагрев ускоряет затвердевание массивного узла отливки. При правильном выборе массы и размеров холодильника можно обеспечить монотонное увеличение продолжительности затвердевания сечений отливки по направлению к прибыли. На рис. 4.6 приведена схема отливки, содержащей массивный узел, отделенный от прибыли тонкой стенкой (hв, hн hм - высота верней, нижней и массивной частей отливки; bв, bн, bм - толщина верхней, нижней и массивной частей отливки). Очевидно, что при отсутствии холодильника продолжительность затвердевания массивного узла м больше продолжительности затвердевания расположенной сверху стенки tв, т. е. направленность затвердевания нарушена. Для ее обеспечения необходимо за счет установки холодильника уменьшить величину tм так, чтобы выполнялось условие tн Rн. В противном случае ни при каких значениях mx неравенство (4.3) выполнить не удастся. Добиться его выполнения можно, перевернув отливку при заливке или применив для оформления нижней стенки отливки смесь с большим значением bф. Если тепловой узел расположен в нижнем сечении отливки, т. е. нижняя стенка отсутствует, то mx/M = А.

Уравнение (4.1) справедливо, если к моменту затвердевания между сплавом и холодильником устанавливается тепловое равновесие при температуре, равной Tc. Если холодильник массивный и его относительная масса тx/М велика, то после затвердевания сплава прогрев холодильника будет продолжаться. Это приведет к возникновению трещин и к несвариваемости холодильника с материалом отливки. Если же величина тx/М мала или толщина холодильника невелика, то он расплавится, что может привести к образованию пористости и усадочных раковин. Поэтому при конструировании внутренних холодильников нужно соблюдать следующие условия:

• относительная масса холодильников при стальном литье не должна превышать 0,04-0,07. Если при такой массе холодильников не удается обеспечить направленное затвердевание, то необходимо применить другие методы;

• для предотвращения несвариваемости холодильники должны находиться от поверхности формы на расстоянии, равном 4-5 их диаметрам;

• для улучшения свариваемости необходимо применять холодильники из стали, имеющей такую же температуру плавления, что и заливаемый металл. На практике чаще всего используют холодильники из углеродистых сталей с содержанием углерода до 0,25 % (стали Ст.2 и Ст.3);

• холодильники должны пройти дробеструйную обработку и не иметь следов оксидов на поверхности;

• максимальный диаметр или сторона квадрата холодильника не должны превышать 0,25 толщины стенки отливки;

• холодильники должны устанавливаться в форму после сушки во избежание их окисления;

• сырые формы с внутренними холодильниками необходимо заливать не позднее 8-10 ч после сборки.

На практике применяют холодильники в виде скоб, костылей, решеток, ежей и спиралей, схемы установки которых в форме приведены на рис. 4.7. Основные размеры и общий вид холодильников (ежей, решеток и спиралей) показаны на рис. 4.8. Холодильники в виде ежей и сварных решеток применяются в стенках отливок, толщина которых превышает 80 мм.


Отливки с равномерным сечением тела значительной протяженности охлаждаются внутренними холодильниками: костылями или скобами. Параметры холодильников различных типов приведены в табл. 4.1-4.3. Диаметр холодильников типа костылей и скоб принимается равным 0,2 Dв, где Dв - диаметр вписанной в термический узел окружности. Скобы, костыли и спирали укрепляются в стенках формы (заостренные концы забиваются в форму). Холодильники в виде многоярусных решеток устанавливаются в форму на жеребейках на расстоянии не ближе трех диаметров прутков от поверхности формы (см. рис. 4.7, в). Холодильники-ежи устанавливаются в форму так, чтобы с ее стенкой они соприкасались только торцевой частью прутков.

Внутренние холодильники нецелесообразно применять при изготовлении отливок из хромоникелевых, хромомолибденовых сталей, а также отливок ответственного назначения. Они не применяются при изготовлении отливок из легкоокисляющихся сплавов, например из алюминиевых и магниевых.

Элемент формы, применяемый для ускорения затвердевания тепловых узлов отливки, выполненный из материала с большим коэффициентом аккумуляции тепла, чем у основного, называется наружным холодильником. Схемы расположения наружных холодильников в термических узлах отливки показаны на рис. 4.9. Холодильники выполняют из чугуна или медных сплавов. Захолаживающий эффект холодильника зависит от его массы, коэффициента аккумуляции тепла. Толщина или диаметр холодильника зависят от толщины или диаметра захолаживающего узла отливки. Размеры наружных холодильников приведены в табл. 4.4.


Наиболее благоприятной формой плоского холодильника является трапеция. При этом, чем ближе к краям, тем больше снижается его захолаживающее действие. Таким образом не вызываются резкие перепады температуры в отливке в местах сопряжения краев холодильника с песчаной формой. Толщину плоских холодильников для стальных отливок можно определить по табл. 4.5. Она зависит от толщины основной стенки отливки b и высоты утолщения стенки в термическом узле (А-b) (см. рис. 4.9).

Толщину плоских и фасонных, а также диаметр круглых холодильников для цветных сплавов можно определять по соотношениям

где bу и dу - толщина и диаметр захолаживаемого узла отливки.

При определении размеров холодильника необходимо располагать сведениями о рациональном соотношении толщин холодильника и стенок отливки. Толщину холодильника принимают, исходя из условия, что его влияние на процесс охлаждения отливки в форме продолжается до полного затвердевания соприкасающейся с ним стенки отливки. Ho в то же время холодильник должен обладать достаточной массой, чтобы при дальнейшем охлаждении отливки сам он не нагревался до температуры, при которой возможно приваривание его к стенке отливки. Оптимальная толщина холодильника принимается равной 0,5...0,6 толщины стенки отливки вместе с утолщением, т. е. (А + bo) (рис. 4.10, а).

Протяженность холодильника В (см. рис. 4.10, а), может быть принята на основании данных табл. 4.6. Для фланцев (рис. 4.10, б) толщина холодильника X и его протяженность В выбираются по табл. 4.7 (h - высота фланца).

Наружные холодильники можно рассматривать в качестве средства уменьшения приведенной толщины стенки отливки по сравнению с условиями охлаждения последней в обычной песчаной форме, допуская в этом случае, что в период затвердевания отливки действие металлического холодильника в 2 раза интенсивнее охлаждающей способности стенок песчаной формы. Приведенная толщина стенки отливки Ro объемом Vo, соприкасающейся с поверхностью холодильника, может быть определена по формуле

где Fф и Fх — площади поверхности стенки отливки, соприкасающейся с поверхностью песчаной формы, и наружного холодильника соответственно.

Площадь охлаждаемой поверхности утолщенных частей отливки, расположенных ниже питаемой стенки (фланцы, приливы и т. д.), т. е. площадь холодильника, рассчитывается по формуле

Приведенная толщина стенки отливки R0 может быть определена для плоских отливок как отношение площади поверхности стенки к ее периметру, для объемных отливок - как отношение объема к площади поверхности. При расчете толщина стенки со стороны холодильника может быть увеличена по сравнению с расчетной примерно в 1,1 раза. В табл. 4.5 приведены данные для выбора толщины плоских холодильников для стальных отливок.

Перед установкой наружных холодильников в форму их подвергают дробеструйной очистке и покрывают кокильной краской.

Для обеспечения направленного затвердевания отливок применяют захолаживающие (для массивных узлов) и теплоизолирующие (для тонкостенных элементов) смеси. Для захолаживания используют смеси, содержащие чугунную стружку или дробь, магнезитовые и хромомагнезитовые облицовки. В качестве теплоизолирующих применяют смеси с древесными опилками, асбестовой или шамотной крошкой.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: