Что такое оптимальная продолжительность заливки

Расчет оптимальной продолжительности заливки

• временем, необходимым для полного удаления из формы воздуха и газов, выделяемых формой, стержнями и металлом;

• возможностью размывания поверхности формы и стержней;

• силой удара металла о верхнюю плоскость формы в конце заливки;

• нежелательностью увеличения сечений литниковых каналов по экономическим соображениям;

тmax — максимально допустимая продолжительность заполнения формы, определяемая:

• отводом тепла и снижением температуры сплава;

• жидкотекучестью металла (опасностью образования спаев и недоливов, особенно в тонких сечениях);

• необходимостью обеспечения скорости подъема уровня сплава в форме, исключающей возможность возникновения спаев и брака по отслоению стенок формы (образование ужимин).

При выборе оптимальной продолжительности заливки следует учитывать уровень и место подвода сплава. При подводе сплава снизу продолжительность заливки должна быть меньше, чем при подводе сверху, так как нужно обеспечить достаточно высокую температуру сплава в прибыли. При подводе сплава в тонкие части отливки большая продолжительность заливки будет способствовать уменьшению внутренних напряжений в отливке.

Аналитическое определение тmin и тmax в настоящее время затруднено, поэтому в практике расчетов широко используются эмпирические зависимости. Наиболее широко известна формула Г.М. Дубицкого

Для отливок, заливаемых горизонтально, значения S1 принимаются меньше на 0,1-0,2, так как вследствие растекания металла по холодной стенке формы увеличиваются тепловые потери.

Для отливок, склонных к образованию внутренних напряжений, холодных трещин (при подводе сплава в тонкие части отливок) и усадочных раковин (при подводе сверху), значения S1 следует увеличивать на 0,1-0,2 (большая продолжительность заливки необходима для выравнивания темпа охлаждения толстых и тонких частей отливки).

Отливки, изготовляемые в металлических формах или с большим количеством холодильников, нужно заливать быстрее. В этом случае S1 следует уменьшить на 0,1-0,2.

Для чугунного литья значение S1 чаще всего принимают равным 2. Если чугун имеет содержание углерода меньше 3,3 % при наличии в форме холодильников и при пониженной температуре заливки, то следует принимать S1 в пределах 1,7-1,9. Для отливок из ковкого чугуна Г.М. Дубицкий рекомендует принимать S1 = 2,05.

Для отливок из бронзы БрО35Ц6С5 при заливке в песчаные формы для литниковой системы, замкнутой в питателях, следует принимать S1 = 2+-2,1. Для отливок из латуни ЛЦ40С1Л при заливке в песчаные формы рекомендуется принимать S1 = 1,9, а при заливке в металлические формы — S1 = 1,3.

Под преобладающей толщиной стенки b понимается толщина стенки, имеющей наибольшую протяженность в отливке, или толщина стенки, наиболее удаленной от питателей и находящейся в неблагоприятных с точки зрения заливки условиях. При этом b не всегда совпадает с геометрической толщиной стенки отливки.

Преобладающая толщина стенки определяется по формуле

Для плоской стенки

Если l> bo, то b = bo. На практике b = bo, если l > 4bo. В том случае, когда это условие не выполняется, преобладающую толщину стенки следует рассчитывать по формуле (3.2).

Массу жидкого металла, приходящегося на одну отливку, можно определить по формуле

Величина Gж рассчитывается следующим образом:

Здесь неизвестна только масса литниковой системы. Ее принимают равной 4-10 % от массы отливки. При этом большая величина принимается для небольших отливок.

Опыт показывает, что отливка получается качественной в некотором интервале времени заливки: при отклонении тзал от рассчитанного по формуле (3.1) в большую или меньшую сторону на 20 %. По данным Г.М. Дубицкого, время заливки должно удовлетворять неравенству

Источник

Оптимальная продолжительность заливки формы

где ф_min— минимально допустимая продолжительность заливки формы, определяется:

При выборе оптимальной продолжительности заливки нужно учитывать уровень и место подвода сплава. В данном случае подвод сплава осуществляется к верхней части формы.

Расчет ведем по следующей формуле:

д— преобладающая толщина стенки, мм

G_ж— масса жидкого металла в форме, кг

Преобладающая толщина стенки S= 55 мм исходя из чертежа детали. Определяем массу жидкого металла в форме:

N- количество отливок в опоке.

Масса литниковой системы принимается в приделах 10-15% от массы жидкого сплава заливаемого в форму принимаем равным15%

по формуле определяем G_ж

По формуле (3) определяем оптимальное время заливки:

Опыт показывает, что отливка получается качественной в некотором интервале времени заливки: при отклонении т_зал от рассчитанного в большую или меньшую сторону на 20%. По данным Г. М. Дубицкого время заливки должно удовлетворять неравенству:

Так как отливка является тонкостенной, то примем:

Источник

Что такое оптимальная продолжительность заливки

Метод расчета литниковой системы, при котором расход расплава определяют исходя из оптимальной продолжительности заливки литейной формы.

Важнейшей характеристикой, определяющей режим заполнения формы, с выбора которой, как правило, начинают расчет наименьшего сечения литниковой системы по формуле (32), является расход расплава Q ф через систему, а значит, и рабочую полость формы. Необходимую величину расхода сплава определяют на основе теоретических зависимостей, характеризующих процесс заполнения форм, накопленного опыта и специально проведенных экспериментов [1, 45, 61, 62].

Под оптимальной понимают такую (промежуточную между высшим и низшим пределами) продолжительность заливки, при которой должно обеспечиваться наилучшее качество отливки [20]. Высший предел продолжительности заливки (максимально допустимая продолжительность) чаще всего ограничивается возможностью незаполнения формы. Низший предел ограничен различными факторами в зависимости от конкретных условий литья: вида сплава, материала литейной формы, требований к отливке и др.

При определении оптимальной продолжительности заливки необходимо учитывать свойства, которым должна удовлетворять изготовляемая отливка, влияние различных факторов на процесс заливки и качество отливки. Следовательно, оптимальная продолжительность заливки должна быть функцией многих переменных.

Как уже отмечалось, при нахождении v ф min (см. гл. I, п. 5), одновременно теоретически учесть влияние многих переменных на процесс заливки трудно. Поэтому аналитического решения задачи определения оптимальной продолжительности заливки пока не найдено. Теоретическое же решение задачи с учетом только того или иного требования дает такую формулу, по которой может быть определено время заливки, удовлетворяющее именно это требование, но вовсе не получение качественной отливки.

Бо’льшая часть аналитических формул для определения времени заливки отливок из легких сплавов получена применительно к простым (плоскостным) формам, исходя из условия обеспечения их заполняемости и, следовательно, дает не оптимальное, а максимально допустимое время заливки (или минимально допустимую скорость подъема расплава в форме v ф min ). В качестве примера можно назвать аналитические решения А. Р. Рабиновича [55], Б. С. Чуркина и Г. М. Дубицкого [23, 83], В. В. Чистякова и В. М. Воздвиженского [79]. По своей структуре эти формулы близки к формуле (5), уже рассмотренной при анализе решений о заполняемости формы (см. гл. I, п. 5).

А. А. Рыжиков [60] применительно к литью черных сплавов предложил определять оптимальную продолжительность заливки из ряда неравенств, каждое из которых учитывает допустимую максимальную продолжительность заливки с учетом того или иного требования:

Таблица 13 Значения постоянных в формуле (33)

Примечание. При А=0,06 и n=0,717 массу отливки необходимо выражать в граммах.

Числовые значения коэффициентов В, m и n по данным различных авторов приведены в табл. 14.

Таблица 14 Значения постоянных в формуле (34)

Примечание. При B=0,025, n=0,68 и m=1,0 массу отливки необходимо выражать в граммах.

Таким образом, формулы (33) и (34) устанавливают разную функциональную зависимость времени заливки, а значения их постоянных (см. табл. 13 и 14) находятся в широких пределах. Поэтому величины времени заливки, полученные по данным формулам, значительно отличаются друг от друга и не являются оптимальными для каждой конкретной отливки. Время заливки, рассчитанное по этим формулам, скорее всего является средней величиной наблюдаемого на практике фактического времени заливки для определенных групп отливок, марок сплавов и условий литья.

Так, например, указанные в табл. 13 и 14 величины коэффициентов по Г. Дросселю, М. Роланду [92] характеризуют среднюю (между фактически наблюдаемыми минимальным и максимальным значениям) величину времени заливки для алюминиевых отливок массой 0,05-103 кг, со стенками толщиной 4-22 мм, заливаемых в песчаные формы, и массой 0,036-3,45 кг, заливаемых в кокиль.

Как уже отмечали Е. М. Ноткин [45], А. А. Рыжиков [60], Г. Ф. Баландин [5] и др., эмпирические формулы не имеют физического смысла и какого-либо технологического обоснования.

Очевидно, что применительно к литью легких сплавов, время заливки должно быть оптимальным как в гидравлическом отношении (обеспечивая спокойное заполнение формы расплавом), так и в термическом (предупреждая образование в отливке неслитин и недоливов). Следовательно, оптимальное время заливки (τ) должно быть выбрано, исходя из условия (28), которое (учитывая, что τ=h отл /v ф ) можно записать в виде неравенства

Из вышеизложенного понятна безнадежность попыток представить некоторые из названных формул как универсальные, пригодные для всех видов литья. Так, в зарубежной литературе в качестве универсальной часто указывается формула Г. Дитерта τ=А, являющаяся частным видом зависимости (33). В работе Г. М. Дубицкого [20] в качестве универсальной, рекомендуемой для всех видов сплавов, в том числе и для легких, принята известная формула К. А. Соболева [61]

установленная применительно к определенным группам чугунных отливок и являющаяся частным видом формулы (34). При этом специфические условия литья легких сплавов предлагается учитывать подбором величины эмпирического коэффициента В. Вряд ли такой подход может быть правильным.

Определение действительно оптимальной продолжительности заливки должно основываться на всестороннем учете тепловых, гидравлических и физико-химических факторов, характеризующих сложный процесс заполнения формы конкретным сплавом и оказывающих непосредственно влияние на качество отливки [5]. Однако физически и технологически обоснованного инженерного решения этой задачи, пригодного для практического использования при расчете литниковых систем реальных отливок, пока не найдено. Но это вовсе не означает, что надо копировать, пусть даже весьма богатый, опыт производства отливок из черных сплавов.

Применение эмпирических формул, устанавливающих функциональную зависимость времени заливки от массы отливок, при литье черных сплавов оправдано тем, что основным требованием, которое учитывают указанные формулы помимо заполняемости формы и которое действительно связано с массой вливаемого в форму расплава, является предотвращение образования дефектов, связанных с взаимодействием металла с формой.

Данное требование является главным при литье черных сплавов и второстепенным (см. п. 1) при литье легких сплавов. Поэтому использование формулы (35), как и других, подобных ей, для расчета величины расхода Q ф применительно к литью легких сплавов нельзя признать технически обоснованным.

Следовательно, необходимо и целесообразно, что подтверждается длительной заводской практикой [1, 37, 39, 43, 71-73, 75], вести расчет расхода через литниковую систему исходя из скорости течения расплава в рабочей полости формы. Величина этой скорости при заданном сплаве и температуре заливки определяет как заполняемость формы, так и условия спокойного протекания расплава в ней, т. е. обеспечивает выполнение двух основных требований к режиму заполнения отливок из легких сплавов.

Источник

Расчет оптимальной продолжительности заполнения формы и скорости подъема уровня металла в форме

Содержание

Введение

Значение литейного производства в народном хозяйстве чрезвычайно велико ; почти все машины и приборы имеют литейные детали.

Литье является одним из старейших способов, которым еще в древности

пользовались для производства металлических изделий : в начале из меди и

В 1868 году на Мальцевских заводах впервые были стальные фасонные отливки. Основными процессами литейного производства являются : плавка металла, изготовление форм, заливка металла и охлаждение, выбивка, очистка, обрубка отливок, термическая обработка и контроль качества обработки.

Литейное производство позволяет получить заготовки сложной конфигурации с минимальными припусками на обработку резанием и с хорошими механическими свойствами. Технологический процесс изготовления механизирован и автоматизирован, что снижает стоимость литых заготовок. Достижения современной науки во многих случаях позволяют коренным образом изменить технологический процесс, резко увеличить новые высокопроизводительные машины

и автоматы. Что в конечном счете помогает улучшить качество продукции и

повысить эффективность производства.

Краткое описание литниковой системы

Литниковая система представляет собой совокупность каналов в форме, через которые сплав поступает из ковша в её полость. (рис. 1)

Рис. 1. Литниковая система: 1 – воронка; 2 – стояк; 3 – зумпф; 4 – шлакоуловитель: 5 – питатель: 6 – тупик: 7 – полость формы

Для обеспечения качественного заполнения формы сплавом литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям:

– обеспечивать заполнение формы за некоторое оптимальное время;
– создавать возможность надёжного улавливания шлака, неметаллических и газовых включений;
– способствовать плавному поступлению сплава в полость формы без разбрызгивания и размывания поверхностей формы и стержней;
– создавать тепловые условия, благоприятствующие направленному затвердеванию отливки и снижению развивающихся в ней литейных напряжений;
– быть возможно компактной с минимальным расходом металла.

Важное значение имеет замкнутость литниковой системы для обеспечения улавливания шлака, неметаллических включений и исключения подсоса газов.

Для обеспечения замкнутости литниковую систему делают сужающейся, т.е. по ходу потока сплава площади сечений элементов системы уменьшаются. При этом скорость движения расплава увеличивается, достигая наибольшего значения на выходе в полость формы. Замкнутые системы неприемлемы для сплавов, склонных к вспениванию и окислению (алюминиевых, магниевых, высоколегированных сталей, алюминиевых бронз и латуней). Для таких сплавов применяют незамкнутые, расширяющиеся литниковые системы.

Конструктивно типы литниковых систем разделены на IV класса. В наибольшей степени распространены замкнутые системы III класса [2].

Характер гидравлических процессов в литниковых системах разных типов, методика расчёта последних зависят от типа разливочных ковшей. Для заливки каждой формы нужно выбирать такой ковш, который обеспечивает необходимую массовую скорость заливки металла. Возможность плавного изменения расхода сплава из поворотного ковша в процессе заливки формы является его существенным преимуществом. Однако при использовании поворотных ковшей велика вероятность попадания шлака с поверхности металла в ковше в литниковую систему.

Важным технологическим параметром, определяющим качество отливки, является температура заливки, т.е. температура сплава в ковше в начале заливки формы.

При выборе уровня подвода сплава необходимо учитывать достоинства и недостатки как подвода сверху, так и подвода снизу.

При подводе сверхуобеспечивается положительный температурный градиент в направлении к прибыли, что улучшает условия её работы и улучшает заполняемость формы. Подвод сверху желателен при изготовлении массивных толстостенных чугунных и стальных отливок, имеющих небольшую высоту.

Подвод снизу целесообразно применять для тонкостенных отливок сложной конфигурации, а также для сплавов, склонных к окислению. Однако ввиду ухудшения при этом заполняемости форм подвод снизу пригоден только для отливок небольшой высоты.

На практике (с точки зрения удобства формовки) подвод сплава осуществляется на некотором среднем уровне, отвечающем плоскости разъёма формы. При этом нижняя часть отливки заполняется сверху, а верхняя – снизу.

Основные рекомендации при выборе места подвода:

– следует обеспечивать подвод металла в такие места отливки, разогрев которых будет способствовать усилению направленного затвердевания; целесообразно подводить металл под прибыль в толстостенные части отливки из сплавов с большой объёмной усадкой (сталь, ковкий чугун);
– при склонности к внутренним напряжениям металл следует подводить в тонкие части отливки; при этом требование снижения литейных напряжений может быть несовместимым с обеспечением направленного затвердевания;
– необходимо избегать размещения литниковых каналов вблизи границ знаков стержней, поверхности форм и стенок опоки; наименьшие расстояния должны быть в пределах 30…60 мм;
– следует стремиться к созданию одностороннего движения металла в форме, т.е. питатели размещать так, чтобы направление движения металла было в одну сторону и было исключено встречное движение потоков;
– при изготовлении отливок колёсного типа целесообразно подводить металл в ступицу и обод или только в обод; при наличии массивной ступицы целесообразно подводить металл только в обод;
– подвод металла к относительно тонкостенной отливке следует осуществлять в тонкостенные части через большое число питателей, рассредоточенных по её длине;
– следует стремиться к осуществлению подвода металла в форму при её заполнении наиболее коротким путём.

В процессе заливки расход сплава из ковша за счёт изменения его наклона (степени торможения струи) согласовывается с расходом через литниковую систему. Расход сплава через литниковую систему определяется площадью узкого места системы ω уз и величиной действующего напора Нр.

Расчет оптимальной продолжительности заполнения формы и скорости подъема уровня металла в форме

При выборе оптимальной продолжительности заполнения формы нужно учитывать уровень металла в месте подвода сплава. При подводе снизу при прочих равных условиях продолжительность заливки должна быть меньше, чем при подводе сверху, так как при этом нужно обеспе­чить достаточно высокую температуру сплава в прибыль. При подводе в тонкие части большая продолжительность заливки будет способствовать меньшим внутренним напряжениям в отливке.

Аналитическое определение τ_min и τ_max в настоящее время затруд­нительно. Поэтому в практике расчетов широко используются эмпириче­ские зависимости. Наиболее широко известна формула Г.М. Дубицкого:

,

где τ_опт – оптимальное время заполнения формы, с; S₁ – коэффициент продолжительности заливки, зависящий от температуры отливки, рода сплава, места подвода, материала формы и т.д. (значения коэффициента S₁ для ряда сплавов приведены в справочниках), выбираем значение коэффициента S = 1,5; δ – преобладающая толщина стенки отливки, м; G – масса жидкого металла, приходящегося на одну отливку в форме, кг.

Под преобладающей толщиной стенки понимается толщина стен­ки, наиболее удаленной от питателей и находящейся в наиболее небла­гоприятных для заливки условиях. При этом δ не всегда совпадает с гео­метрической толщиной стенки.

Масса заливаемого в форму сплава:

G_ж = N ∙ G_отл + G_приб + G_л.с = 1 ∙ 40 + 8 + 2 = 50 кг,

где N – количество отливок в форме, шт; G_отл – черновая масса отливки, кг; G_приб, G_л.с – масса прибылей и литниковой системы (принимается 25–30 % и 4–10 %, соответственно, от G_отл); кг.

= 14,67 с.

Дата добавления: 2018-02-15 ; просмотров: 976 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Время твердения (схватывания, застывания) бетона в зависимости от температуры

Заливка бетона в холодное и жаркое время года требует особых навыков и знаний, т.к. работы с цементной смесью осложняются, а период ее высыхания резко уменьшается или возрастает. Изменение скорости твердения бетона в зависимости от температуры обусловлено замедлением процессов гидратации и удержанием большого количества жидкости в толще материала.

Для ускорения застывания и предупреждения дефектов используются специальные строительные приемы, полимерные и противоморозные добавки.

Стадии набора прочности бетонной конструкцией

Схватывание и твердение растворов на основе цемента обусловлено его химическим взаимодействием с водой. Силикаты, алюминаты и алюмоферриты, которые входят в состав портландцемента, обеспечивают повышение прочности на различных стадиях отверждения.

Скорость химических реакций зависит от наличия катализаторов (специальных добавок) и температуры.

Бетонные конструкции бывают разные, исходя из этого следует рассчитывать соотношение компонентов раствора и предполагать сроки схватывания и твердения.

Стадия схватывания

В состав цементного порошка входит трехкальциевый алюминат (3СаО*Al2O3), трехкальциевый силикат (алит, 3СаО*SiO2), двухкальциевый силикат (белит, 2CaO*SiO2) и алюмоферрит. Алит, который занимает большую часть массы портландцемента, участвует в обеих стадиях отверждения. При затворении водой и в начале стадии схватывания он выделяет тепло, которое увеличивает скорость реакции.

Стадия схватывания проходит в первые часы после заливки опалубки. Скорость начала реакции и длительность процесса зависят от состава смеси и температуры воздуха. При нормальных температурах (+18…+22°С) бетон схватывается через 2,5-3 часа. Из них 1,5-2 часа проходит до начала реакции, а 1 час уходит непосредственно на схватывание.

В горячей среде схватывание происходит активнее и начинается более быстро. Весь процесс может занять менее 1-2 часов, из которых реакция — 15-20 минут.

Стадия твердения

Стадия формирования бетонного камня начинается по завершении схватывания. Твердение материала происходит за счет удаления свободной воды. Часть жидкости испаряется во внешнюю среду, а другая — связывается с молекулами силикатов и алюминатов, образуя стойкие комплексы. Чтобы не нарушить баланса между связываемой и испаряющейся водой, нужно обеспечить оптимальную влажность и температуру среды.

Основным реагентом на стадии твердения является алит. Белит обеспечивает постепенное упрочнение материала в процессе эксплуатации: за счет его свойств прочность материала через 2-3 года может составлять до 250% прочности после твердения.

Стандартный срок затвердевания бетона

Стандартное время застывания бетона составляет 28-30 дней. Нормальные условия для отверждения — температура +15…+22°С и влажность 60-100%. Длительность отверждения зависит от условий процесса, марки бетона и наличия дополнительных добавок в растворе.

Корреляция прочности бетона с временем выдерживания и температурой среды.

Зависимость времени набора прочности от марки бетонной смеси

Повышение прочности бетона на сжатие коррелирует с увеличением вязкости смеси. Это означает, что с увеличением марки материала время схватывания и твердения сокращается.

Продолжительность реакций для бетона разных марок

Существует два типа добавок, регулирующих процесс твердения раствора:

При заливке в условиях низких температур используются противоморозные реагенты. Они понижают температуру замерзания воды, препятствуя ее фазовым переходам при 0…+4°С.

Набор прочности бетона в зависимости от температуры

Температура окружающей среды определяет скорость реакций, которые формируют бетонный камень. Повышенная температура воздуха смещает баланс в сторону испарения жидкости, а пониженная — тормозит процессы гидратации в растворе.

При высоких температурах

Для профилактики неравномерности и быстрого высыхания в бетон добавляются замедляющие добавки, а готовая конструкция смачивается в процессе застывания.

Высокая температура и влажность применяются при производстве стандартных бетонных изделий в автоклавах. Такие условия обеспечивают быстрое схватывание и максимальное твердение конструкций.

В прохладное время

При низких температурах раствор долго схватывается, а затем в течение длительного времени остается хрупким по сравнению с марочной прочностью. Химические реакции происходят до температуры фазовых превращений воды.

При отрицательной температуре

Набор прочности бетона при различных температурах

В таблице рассмотрен набор прочности материала марок М200 и М300.

Снижение вязкости раствора

Во время схватывания бетонный раствор сохраняет свою пластичность. При движении в стационарной или подвижной бетономешалке смесь проявляет свойство тиксотропии — уменьшения вязкости состава при постоянной динамической нагрузке.

Характеристики действия пластификаторов на примере одного из наиболее популярных.

Слишком длительное перемешивание приводит к «перевариванию» бетона и снижению конструктивной прочности готовой конструкции. Чтобы сохранить подвижность раствора и избежать негативных эффектов, в смесь добавляются пластификаторы. Они удлиняют периоды схватывания и застывания.

Зависимость уровня набора прочности от показателей температуры материала

Низкая температура ингредиентов отрицательно влияет на эксплуатационные характеристики бетонного камня. Если для смешивания используется холодная вода и наполнитель, то последующий уход за конструкцией не сможет обеспечить марочную прочность.

Учитывайте, как может измениться температура окружающей среды пока бетон будет затвердевать.

Для сокращения времени схватывания и расходов на подогрев бетона в опалубке компоненты разогреваются до предельно допустимого уровня. Максимальное значение определяется составом и маркой портландцемента. При нагреве выше этой температуры готовая смесь будет реагировать менее интенсивно, что скажется на прочности конструкции.

Предельная температура компонентов бетонного раствора

Пуццолановый цемент марки М300 и выше604035Портландцемент марок М300 и М350

Цемент с пуццоланой М200805040Шлакопортландцемент М200 и М300906045

Рекомендации по ускорению процесса

Соблюсти необходимые условия для заливки не всегда возможно: в жаркую и холодную погоду температура отклоняется от оптимальной не менее чем на 15-20°С, а влажность может составлять ниже 60%.

При заливке фундамента строители прибегают к мерам защиты бетона на этапе смешивания, но редко дополнительно подогревают готовую конструкцию. Это обусловлено тем, что основа здания должна пройти этапы усадки и стабилизации грунта. В этом случае возникшие дефекты не скажутся на прочности дома, а будут устранены с помощью дополнительного слоя бетона.

Источник