Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

Определение массы сплава. Габаритные размеры отливок и их масса ограничены усилием запирающего механизма, размерами камеры прессования и мощностью прессующего механизма машины. Основные узлы машины с холодной камерой прессования показаны на рис.32.

Для машины литья под давлением с горизонтальной холодной камерой масса сплава, заливаемого в камеру прессования, определяется по следующей формуле:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

где Моб - общая масса сплава, заливаемого в камеру прессования, кг; М0 - масса отливки, кг; Млп - масса литниковой системы с про- мывниками и пресс-остатками, кг.

Если масса не указана на чертеже отливки, то она определяется по формуле:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

где V0 - объем отливки с учетом прпипусков на механическую обработку, м3; р - плотность сплава, кг/м3.

Определение диаметра камеры прессования. Заливаемый жидкий сплав должен заполнять сбъем камеры прессования в пределах 0,66- 0,9. При определении емкости камеры прессования следует стремиться у меньшению диаметра прессующего поршня, так как при этом снижается объем пресс-остатка, повышается давление металла и стойкость деталей прессующего узла.

Массу жидкого сплава в камере прессования можно рассчитать по следующей формуле:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

После преобразования данной формулы можно определить диаметр камеры прессования (Dпр,м)

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

где Моб - масса сплава, заливаемого в камеру, кг; К - коэффициент заполнения камеры прессования сплавом; l - длина рабочего хода прессующего поршня, м; р - плотность сплава, кг/м3.

Определение площадей проекции отливки. Сумма площадей проекций отливки на плоскость разъема пресс-формы определяется по формуле:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

где Готл - площадь проекции отливки, м2; Fлит - площадь проекции литников, м2; Fпром - площадь проекции промывников, м2; Рпр.ост - площадь проекции пресс-остатка, м2.

Вычерчивается литниковая система отливки. Значения Fотл, Fлит, Fпром, Fпр.ост определяют графическим способом.

Время заполнения. Время заполнения полости пресс-формы определяет характер кристаллизации отливки. Это значение можно принимать за модуль кристаллизации. При расчетах рекомендуется время заполнения принимать от 0,01 до 0,30 с (табл.32).

Время заполнения полости пресс-формы зависит от массивности отливки, от вида применяемого сплава и технологических факторов, включая характеристику машины, сложность, отливки, конструкцию пресс-формы и др.

 

Таблица 32. Время заполнения полости пресс-формы

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

Скорость прессования. Скорость прессования (Vnp) определяет режим заполнения пресс-формы. Чем выше скорость прессования, тем с большей скоростью перемещается расплав по литниковым каналам, тем больше скорость (Vвп) впуска расплава в полость пресс-формы. Высокие скорости прессования способствуют лучшему заполнению тонких и удлиненных полостей. Вместе с тем они являются причиной захвата металлом воздуха и образования подкорковой пористости.

При литье алюминиевых сплавов высокие скорости прессования применяют лишь при изготовлении сложных тонкостенных отливок.

Скорость прессования определяют по формуле:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

где Vпр - скорость прессования, м/с; Vвп - скорость впуска, м/с; f - суммарная площадь сечения питателей, м2; FK - площадь поперечного сечения камеры прессования, м2.

Скорость впуска сплава в пресс-форму зависит от толщины стенки, сложности отливки и значения Vвп (для алюминиевых сплавов приведены в табл.ЗЗ).

Удельное давление прессования. Большое влияние на качество отливок оказывает удельное давление прессования. По мере повышения его увеличивается плотность отливок.

Удельное давление прессования на металл определяется по формуле:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

где р - удельное давление прессования, МПа; рпр - усилие прессования машины, МН; Dnp - диаметр пресс-поршня, м.

В зависимости от сложности отливки и типа сплава необходимое удельное давление прессования определяется по табл.34 или рис.36.

Таблица 33. Скорость впуска сплава в пресс-форму

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

 

Таблица 34. Удельное давление прессования для различных сплавов

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

При отливке деталей рекомендуются удельные давления (сплавы на основе алюминия), МПа:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

В табл.35 приведены значения усилия запирания машины ЛПД, при производстве отливок блоков цилиндров автомобильных двигателей.

 

Таблица 35. Сопоставление усилия запирания машины ЛПД при производстве отливок блоков цилиндров автомобильных двигателей

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

 

Горизонтальный способ требует более высоких давлений прессования, чем вертикальный. Наиболее низкие удельные давления прессования требует способ горячей камеры. Ниже приведены удельные давления прессования применительно к способу литья, МПа:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

Усилие запирания. В камере прессования при запрессовке жидкого металла поршень преодолевает гидродинамическое и гидростатическое противодавление.

Гидродинамическое давление действует в потоке жидкого металла в процессе заполнения и возникает в результате сопротивления движения металла при прохождении его через тонкие сечения полости пресс-формы, обтекания стержней, при поворотах, сужениях и расширениях потока. В случае отсутствия таких сопротивлений величина гидродинамического давления в потоке определяется противодавлением воздуха и газов, удаление которых затруднено из-за невозможности выполнения вентиляционных каналов большого сечения.

Четкость оформления рельефа и шероховатость поверхности отливки зависят от кинетической энергии потока, в момент окончания его движения создается гидродинамическое давление рф на стенки пресс- формы:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

где рм - плотность жидкого металла, кг/м3; Vвп - скорость потока в пресс-форме, м/с.

Высокая скорость течения жидкого металла (скорость впрыскивания) способствует получению тонкостенных крупногабаритных отливок сложных очертаний. Высокие скорости впуска и потока в пресс- форме создаются за счет быстрого перемещения прессующего поршня.

Гидростатическое давление. Для преодоления сопротивления затвердевающей массы металла в тонких сечениях оформляющей полости, а также сопротивления газов, остающихся в отливке, необходимо высокое гидростатическое давление. Оно передается от прессующего поршня через литниковый питающий канал. Чем позднее затвердевает питатель, тем продолжительнее действие давления. Процесс передачи гидростатического давления в полость пресс-формы называется подпрессовкой. Использование утолщенных питателей позволяет осуществить подпрессовку и питание отливки жидким металлом в период кристаллизации, что устраняет усадочные раковины.

В момент заполнения металлом на подвижную часть формы действуют силы давления рм прессующего поршня через расплав и ргу гид- равлического удара, возникающего в цилиндре и в форме в момент остановки поршня:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

Усилия прессования и гидравлического удара передаются через жидкий металл на подвижные части пресс-формы и запирающего механизма. В практике литья под давлением задается зазор между по- луформами пресс-формы. С учетом необходимого усилия для отвода массы подвижных частей запирающего механизма (Рпод) формула приобретает следующий вид:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

 

Для расчета усилия запирания рекомендуется формула

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

где Fnp - сумма площадей проекций отливки и элементов литниковой системы на плоскость разъема, м3; рпр - усилие прессования машины, МН; Vпр - скорость прессования, м/с; аж - скорость распространения звуковой волны в масле, м/с; ам - скорость распространения звуковой волны в жидком металле, м/с; д - ускорение свободного падения, м/с3; Рж - плотность масла в гидросистеме, кг/м3; рм - плотность жидкого металла, кг/м3; а - длина отливки, по которой распространяется звуковая волна при гидравлическом ударе, м; Dпр - диаметр пресс-поршня, м; Fотл - площадь поперечного сечения отливки, м3; Мпод - масса подвижных частей запирающего механизма, кг; Х3 - зазор между полуформами, мм; тгу - время действия гидравлического удара, с.

При разработке новой и совершенствовании существующей технологии литья деталей величину усилия запирания машины можно определять наиболее простым расчетом. В таком случае рзап определяется по следующему уравнению:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

где pзап усилие запирания, МН.

Площадь проекции отливки рассчитывают по формуле:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

где L - длина отливки, м; В - ширина отливки по плоскости разъема пресс-формы, м; Fлс - площадь литниковой системы, м3; Fnpом - площадь промывников, м3.

Необходимо оасчетный результат подтвердить. Диаметр камеры прессования (D minпр ) должен быть не меньше минимально допустимого значения, определяемого из условия нераскрытил пресс-формы при запрессовке. С учетом этого условия минимальный диаметр камеры прессования определяют по формуле:

Расчет технологических параметров машин для литья под давлением

где рпр, рзап - усилия прессования и запирания, развиваемые меха низмами машины, МН; ΣFnp - сумма площадей проекций отливок литниковой системы и пресс-остатка на плоскость разъема пресс формы, м2; п - коэффициент, зависящий от скорости прессования.

Значение n = 1,6- 2,5 и возрастает с увеличением скорости прес сования.

Смотрите также