Неравномерно действие на захранващите устройства на литниковата система
Условието за правилното функциониране на многоподавателна стробна система.
Експериментални данни за работата на литниковата система с фидери с постоянна и променлива площ на напречното сечение.
Едно от условията за правилното функциониране на многозахранваща система е равномерното разпределение на потреблението на сплав между захранващите устройства.
Експериментално изследване на запълване на разширяващи се конструкции на литникови системи с вода и течен метал [30], включително алуминиеви сплави [22, 25, 65], показа, че разпределението на потока през захранващите устройства зависи от следните основни фактори: конструкцията на колектора и схемата на взаимното разположение на колектора и захранващите устройства; съотношението на площите на напречните сечения на елементите на литниковата система (F c : F към : F p ); височина на главата, брой хранилки, както и разстоянието между тях и щранга.
В [22, 65] са изследвани конструкциите на литникови системи, използвани при леене на леки сплави по време на изтичане на течност в атмосферата и под наводненото ниво. Системи със съотношение F c :F към :F p равно на 1:1:(1-:-4); 1:2:(1-:-4); :3:(1-:-6) и 1:6:(2-:-6) бяха напълнени с вода на височина над тесния участък на щранга от 0,22 и 0,32 m (височината на нивото на течността в купата беше 0,12 m), а системите със съотношение F c : F към : F p равно на 1: 2: 2, 1: 2: 3 и 1: 2: 4 - с AL2 сплав при 720 -730°C и височина на главата 0,2-0,21 м. Колекторът и захранващите устройства бяха разположени както в една (горна), така и в различни колби. Броят на хранилките е променен от 2 на 6.
Неравномерността на действието на питателите се оценява по стойността на максималното относително отклонение (q max -q min ):Q/n, където q max и q min - съответно най-големият и най-малкият поток през питателя; Q е общият дебит на системата; n- числохранилки.
За всички изследвани съотношения F c : F до : F p както по време на изтичане на течност в атмосферата, така и под наводненото ниво, най-голямото количество от нея преминава през най-отдалечения от щранга захранващ канал, а най-малкото - през най-близкия до него захранващ канал. Увеличаването на височината на щранга в диапазона от 0,1 до 0,2 m, т.е. промяната в налягането, не влияе значително на потока през захранващите устройства.
Промяната в максималното относително отклонение в разширяващите се структури на литниковите системи се определя от приетото съотношение F c :F към :F p и зависи главно от съотношението F към /F p .
На фиг. 54 е показана зависимостта на максималното относително отклонение от отношението F към /F p . Както можете да видите, най-равномерният поток през захранващите устройства, докато се отдалечават от щранга, се осигурява от системи, в които съотношението F към /F p \u003d> 1, и много по-лошо - системи, в които F към /F p с :F към :F p равно на 1:2 (2-:-3) и 1:3 (2-:-3).
Ориз. Фиг. 54. Зависимост на максималното относително отклонение на дебита за захранващи устройства (пълнене с вода при напор 0,32 m) от отношението F към : F p за съотношенията F c : F към : F p , равно на [65]:
Също така беше отбелязано, че пълненето на литникови системи с течен метал осигурява по-равномерно разпределение на разходите по захранващите устройства, отколкото пълненето с вода. Тази разлика се увеличава с намаляване на височината на щранга. И така, за системи със съотношението F C: F: F P = L: 2: 4 с четири захранващи устройства на височина на налягане 0,22 и 0,32 m, максималното относително отклонение при изливане на вода е 0,5 и 0,65, а при наливане на сплав Al2 (F C: F: F P = L: 1: 4), посоченото отклонение е възлизащо на 0,89 и 0,8 [65], съответно.
Дебитът през захранващите устройства на вертикалната шлицова система е изследван при запълване на нейния модел с вода [22].Вертикалният кладенец на системата беше свързан с дренажни съдове с три прореза с еднаква височина (0,12 m), но разположени на различни нива: долно, средно и горно. Както се вижда на фиг. 55, при една и съща дебелина на процепа по цялата му височина (крива 3), средната и горната част на прореза имат приблизително еднакъв дебит, който значително надвишава дебита през долната му част.
Ориз. 55. Промяна в скоростите на потока през слотовете в зависимост от съотношението F n : F c : F в (където F n , F c , F в - площта съответно на долната, средната и горната част на слота) с разлика в нивото в купата и дренажния съд, равна на 0,17 m [22]:
Съотношения F n : F c : F в: 1-1: 1: 1,5; 2-1:1:3; 3-1:1:1
Авторите на [22] също проучват система от стъпаловидни порти с обратен щранг. Такава система, свързана с три захранващи устройства с дренажен съд, гарантира, че захранващите устройства на различни нива се активират последователно отдолу нагоре, когато нивото на метала във формата се повишава. В такава система на литник, когато тече от захранващите устройства под наводненото ниво, горните захранващи устройства действат много по-интензивно от долните (фиг. 56). Това създава благоприятна температурна разлика в отливката.
Ориз. 56. Промяна в скоростите на потока през захранващи устройства на стъпаловидна литникова система с разлика в нивото на течността в купата и дренажния съд:
1-0,158 м; 2-0,138 м; 3-0,118 м; 4-0,088 м
Промяната на схемата на взаимното разположение на колектора и захранващите устройства (фиг. 57), въпреки че има известен ефект върху работата на захранващите устройства, обаче, не елиминира неравномерността на тяхното действие.
Както може да се види от графиката, показана на фиг. 58, системата с горни захранващи устройства има най-добра равномерност на потока (крива 3). Въпреки това горните захранващи устройства (фиг. 57, c) причиняват допълнителни смущения в колектора,което води до образуване на пяна (виж точка 2), поради което не може да се препоръчва за употреба. За система с горно разположение на захранващите устройства (фиг. 57, г), равномерността на разпределението на разходите между захранващите устройства (крива U) е по-лоша, отколкото за система (фиг. 57, а), което е общоприето в практиката на конструкцията от леки сплави (крива 2, фиг. 58).
Ориз. Фиг. 57. Схеми на литникови системи с различно разположение на захранващите устройства и колектор с постоянни (a, c, d) и променливи (b) секции [22]: a, b - захранващи устройства в долната част на колектора, в една полуформа; c - захранващи устройства в долната част на колектора, в различни полуформи с него (надземни захранващи устройства); g - захранващи устройства в горната част на колектора; 1 - купа; 2 - щранг; 3 - колектор; 4 - хранилки
За да се подобри равномерността на действието на захранващите устройства в хоризонтална система с много захранващи устройства, в някои работи се препоръчва да се намали площта на напречното сечение на колектора след всяко захранващо устройство [91, 94].
Сравнителните тестове на две системи (фиг. 57, a и b) чрез изливането им със сплав AL2 показаха [22], че система със заострен колектор (фиг. 57, b) осигурява по-равномерно разпределение на дебита (крива 4), отколкото система с колектор с постоянно напречно сечение (крива 2, фиг. 58), само ако площта на напречното сечение на всяка секция на колектора не е по-малка от сумата от площите на напречното сечение на захранващите устройства, към които металът се приближава през тази секция.
Ориз. 58. Зависимост на относителното отклонение на дебита на захранващите устройства от съотношението F към: F p за литникови системи с различно разположение на захранващите устройства (22]:
Криви 1, 2, 3, 4 се отнасят, съответно, за литниковите системи, показани на фиг. 57 d, a, c, b
По този начин, за система с четири захранващи устройства (виж фиг. 57, b), условието трябва да бъде изпълнено
Fc =>4f p; F k1 =>3f p; F c2,=>2f p; F c3 >fp , където f p - площта на напречното сечение на едно захранващо устройство.
Намаляването на площта на напречното сечение на колектора може да се постигне или чрез последователно намаляване на височината на колектора след всяко захранващо устройство, или чрез подобно стесняване на неговата ширина. За да се намали турбулентността на потока, е необходимо напречното сечение на колектора да се променя не на стъпки, а плавно от една секция на друга (фиг. 59).
Ориз. 59. Схема на литниковата система със стесняващ се колектор по височина (а) и по ширина и височина (б):
1 - щранг; 2 - колектор; 3 - хранилки
Въпреки това, когато се използва стеснен колектор, трябва да се има предвид, че при леене на леки сплави той е основният шлакозадържащ елемент на литниковата система. Намаляването на напречното сечение на колектора, особено при крайните питатели, може да доведе до увеличаване на турбулентността на потока в него поради увеличаване на скоростите и тяхната пулсация при преминаване от една секция на колектора към друга. При такъв поток условията за издигане и задържане на шлакови включвания се влошават в сравнение с равномерно движещи се потоци. В допълнение, с намаляване на напречното сечение на колектора поради неговата височина, рискът от засмукване на шлака през захранващите устройства се увеличава.
По този начин въпросът за промяна на напречното сечение на колектора, за да се подобри разпределението на стопилката върху захранващите устройства, трябва да бъде разгледан, като се вземе предвид ефектът от тази промяна върху турбулентността на потока и задържането на шлака в литниковата система.
Трябва също да се отбележи, че в допълнение към тези фактори, потокът на метал през захранващите устройства може да бъде повлиян и от такива все още малко проучени фактори като разстоянието между захранващите устройства, скоростите на потока в резервоара и особено конфигурацията на резервоара. Експериментите показват, че чрез промяна на конфигурацията на колектора (разделяне на потока на части, използване назавои, удебеления - за намаляване на кинетичната енергия на потока и т.н.), възможно е да се постигне по-равномерно разпределение на метала върху захранващите устройства дори в системи за разширяване.
Трябва да се отбележи, че въпросът за неравномерното действие на захранващите устройства заслужава най-сериозно експериментално изследване, тъй като неравномерният поток от метал във формата може да послужи като една от причините за локално прегряване на отливките и изтичане на въздух през ниско действащи захранващи устройства.
По-обосновани и по-лесни за изпълнение на практика са препоръките на Ж. В. Токарев [64] за осигуряване на равномерно потребление на метал чрез последователно, започвайки от щранга, намаляване на площта на напречното сечение на захранващите устройства.
Ориз. 60. Схема на литниковата система с намаляващи напречни сечения на захранващото устройство:
I-f р =2,5; v p \u003d 0,9; II - f p \u003d 2,1; v p \u003d \u003d 1,25; III - f p \u003d 2,03; v p \u003d 1,28; IV-f p \u003d 1,95 cm 2; v p \u003d 1,38 m / s; Fc =5; F до =10; F p \u003d 8,58 cm 2; F c :F до :F p = 1:2:1,72; 1 - купа; 2 - щранг; 3 - колектор; 4 - хранилки
На фиг. 60 е показана схема на експериментална литникова система с последователно намаляващи площи на напречното сечение на фидерите, изградена по данни от [64]. В табл. 12 показва резултатите от експериментална проверка на тази система в сравнение с конвенционална система, захранващите устройства на която имат същата площ на напречното сечение.
Таблица 12 Експериментални данни за работата на литниковата система с захранващи устройства с постоянна и променлива площ на напречното сечение [64]
Както можете да видите, системата с намаляващи фидери осигурява по-равномерно разпределение на метала върху фидерите от обичайната (F c :F до :F p =1:2:2). В система с намаляващи захранващи устройства, скоростта на потока v p се увеличава последователно. Стойността на v p в последниядве хранилки е около една трета по-висока, отколкото в първата хранилка от щранга. Увеличаването на скоростта в захранващите устройства във всички случаи е нежелано явление, а неравномерността на високоскоростните потоци, навлизащи в работната кухина на формата, може да доведе до тяхното смесване и образуването на вторични шлаки.
Всичко това показва, че е необходимо да се реши проблемът за осигуряване на равномерност на дебита през захранващите устройства в комбинация с други проблеми, както беше споменато по-горе. В противен случай хидродинамичните характеристики на потока ще бъдат нарушени и вместо положителен ефект може да се получи отрицателен.
Трябва също така да се има предвид, че неравномерната работа на хранилките не във всички случаи е отрицателно явление. Понякога, в определени граници, може да се използва за по-добро запълване на отливки. Това се отнася предимно за отливки с неравномерно разпределена по периметъра маса метал. За да се осигури равномерно покачване на нивото на метала в такива отливки и да се изключи потокът на метал от една зона на отливката в друга, е необходимо да се увеличи подаването на метал към по-масивните части на отливката. Тази задача може да бъде изпълнена само от литникова система с неравномерно работещи захранващи устройства, разходът на метал през всеки от които, както и тяхната площ на напречното сечение, могат да бъдат изчислени предварително.