Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Пропускная способность форм и стержней

05.11.2018

Характер движения газов при их фильтрации через слой формовочной или стержневой смеси зависит от вязкости газов и от фильтрационных характеристик, которые обобщенно по предложению Я.И. Медведева называют пропускной способностью форм и стержней. В отличие от газопроницаемости Г, которая определяется при фильтрации воздуха с помощью стандартных образцов в стандартных условиях, пропускная способность M характеризует способность реальных пористых тел пропускать через себя газы. Она зависит не только от газопроницаемости смеси, но и от геометрических характеристик и размеров изготавливаемых из нее форм и стержней.

В общем виде расход газа через стенку формы или поверхность стержня можно определить по формуле

где M - пропускная способность формы или стержня, м3/(с * МПа);

Pф - давление газов на границе «форма (стержень) - расплав», МПа;

Pа - атмосферное давление, МПа.

Рассмотрим плоскопараллельный газовый поток через стенку формы при толщине стенки l и площади поверхности S. Расход газа через стенку равен

Сравнивая эту формулу с (6.12), находим, что для плоскопараллельного потока пропускная способность M=Г*S/l. Очевидно, что газопроницаемость смеси однозначно не определяет расход газа. Он зависит от площади потока S и от длины фильтрации l. В реальных формах и особенно в стержнях газовый поток редко бывает плоскопараллельным.

На рис. 6.3 показаны некоторые примерные схемы фильтрации газов через стержни и стенки формы.

Рассмотрим газовый поток в канале, схема которого показана на рис. 6.4. Из схемы видно, что площадь поперечного сечения канала вдоль потока переменная, т. е. S = S(x). По закону Дарси расход газа через сечение с координатой х равен

Так как скорость движения газов относительно невелика, примем, что расход вдоль потока постоянен. Из уравнения находим, что

Сравнивая это выражение с (6.12), получаем формулу для расчета пропускной способности:

где Sпp - приведенная площадь сечения газового потока.

Для круглых цилиндрических стержней (см. рис. 6.3, в)

Для сферических полых стержней

Для стержней и форм произвольных конфигураций непосредственное определение Sпр по формуле (6.14) затруднительно. Я.И. Медведев предлагает для расчета Sпр графический метод. Его сущность поясним на примере стержней, конфигурация которых приведена на рис. 6.5.

Высота стержня разбивается на отрезки Ali, проводятся (ориентировочно) поверхности сечений газового потока. Величина Sпр вычисляется по формуле

В цилиндрическом стержне (см. рис. 6.5, а) истинные поверхности потока S'i заменяются поверхностями усеченного конуса Si. В шаровом стержне (см. рис. 6.5, б) поверхности Si представляют собой сферы, опирающиеся на знак радиусом r1.

Для иллюстрации выполним расчет Sпр для шарового стержня при следующих условиях: R = 20 см, H3 = 10 см, r1 = 10 см. Поверхность Si вычисляется по формуле Si = 4п * ri2 - 2п * ri * hi, где hi - высота сегмента внизу сферы радиусом r1, hi= ri - Vri2 - r12.

Разобьем высоту стержня вместе со знаком на 4 равных отрезка, т. е. Ali = l + Н3/4:

Результаты расчетов сведем в табл. 6.2.

Расчеты r1 выполнялись по формуле ri = li2+r12/2li; S4 определяли по формуле S4 = 2п * r4 * h4, где Ii = l - Ali(i-1).

Приняв газопроницаемость стержневой смеси Г = 120*10в-8 м2/(с Па), рассчитаем пропускную способность стержня по формуле (6.15):

Области фильтрации в форме могут состоять из нескольких участков. При последовательном соединении участков газовый поток полностью переходит из одного участка в другой (например, при выходе из знаковой части он полностью переходит в форму). Если газовый поток разветвляется по отдельным частям формы (например, стержень с двумя знаками), то участки располагаются параллельно.

При последовательном соединении участков результирующая пропускная способность Mр может быть рассчитана по формуле

где Mi - пропускная способность отдельных элементов.

При параллельном соединении частей пропускная результирующая способность равна сумме пропускных способностей элементов, т. е.

Газопроницаемость смесей в реальных условиях работы литейной формы отличается от газопроницаемости, определенной при фильтрации воздуха в стандартных условиях. По данным Я.И. Медведева, вязкость воздуха при 20 °C в 1,5-1,7 раза выше вязкости газов, образующихся при заливке форм. Поэтому сразу после заливки формы фактическая газопроницаемость, определяющая процесс фильтрации выделившихся газов, в 1,4-1,8 раза выше стандартной газопроницаемости. В процессе прогрева формы вязкость газов увеличивается, что приводит к снижению газопроницаемости по сравнению с исходной в зависимости от теплофизических условий в 1,5-2,5 раза.

Формула (6.13) не учитывает влияние наколов и других способов вениляции стержней и форм на пропускную способность. Она справедлива для мгновенной заливки форм, когда по всей поверхности стержня создается одинаковое давление газов Pф.

На практике в зависимости от продолжительности заливки условия для фильтрации газа в разных точках по высоте стержня или формы могут существенно различаться. В процессе заливки формы часть выделяющихся газов поступает в полость формы, находящуюся выше уровня поднимающегося в ней сплава, а другая часть фильтруется через стенку формы и знаковую часть стержня (рис. 6.6).

Количество газов, выделившихся в полость формы, уменьшается с сокращением времени протекания жидкого сплава мимо данного уровня стержня с координатой х до заполнения всего стержня сплавом, т. е. с уменьшением т = x/v, где v - скорость подъема уровня сплава в форме. При v = const количество газов, выделившихся в полость формы, снижается с уменьшением координаты х, т. е. при переходе от нижних сечений стержня к верхним.

Наибольшая доля газов, выделившихся при контакте сплава со стержнем, будет выведена в полость формы из нижних сечений стержня (точка В на рис. 6.6), а наименьшая - из верхних сечений (точка А). Практически весь газ, выделяющийся при контакте сплава с верхними сечениями стержня, будет отводиться через знаковую часть при наибольшей длине путей фильтрации.

С увеличением продолжительности заливки формы растет количество газов, выделяющихся из стенок формы и стержня в полость формы. Как видно из формулы (6.13), пропускную способность M можно повысить не только применяя более газопроницаемые смеси, но и увеличивая отношение Sпр/l. Как показал О.А. Бондарев, величину Sпр можно сделать больше, только увеличивая поверхность стока газов при применении полых стержней (рис. 6.7), так как поверхность контакта стержня с расплавом задана чертежом отливки. Изменяя конфигурацию поверхности стока газов, т. е. полости в стержне, можно существенно повысить пропускную способность стержня за счет сокращения длины фильтрации и увеличения поверхности стока газов.

На рис. 6.7 приведены различные сечения стержней с полостями, обеспечивающими равнонапряженный газовый режим.

Путем подбора соответствующей конфигурации полости в стержне можно обеспечить равнонапряженный газовый режим на различных участках поверхности стержня, предполагающий приближенное выполнение условия Si/li — const, где Si и li - поверхности и пути фильтрации газов в разных точках поверхности стержня.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: