Нерівномірність дії живильників літникової системи
Умова правильного функціонування багатоживильної літникової системи.
Експериментальні дані про роботу литникової системи з живильниками постійної та змінної площі поперечних перерізів.
Одна з умов правильного функціонування багатопоживної літникової системи - рівномірний розподіл витрати металу по живильникам.
Експериментальне вивчення заповнення конструкцій, що розширюються, литникових систем водою і рідким металом [30], у тому числі алюмінієвими сплавами [22, 25, 65], показало, що розподіл витрати через живильники залежить від наступних основних факторів: конструкції колектора та схеми взаємного розташування колекторів ; співвідношення площ поперечних перерізів елементів литниковой системи (F c : F до :F п ); висоти напору, числа живильників, а також відстані між ними та стояком.
У роботах [22, 65] були досліджені застосовувані при лиття легких сплавів конструкції литникових систем при витіканні рідини в атмосферу та під затоплений рівень. Системи із співвідношенням F c :F до :F п , рівним 1:1:(1-:-4); 1:2: (1-:-4); :3:(1-:-6) та 1:6:(2-:-6) заливали водою при висоті напору над вузьким перерізом стояка 0,22 та 0,32 м (висота рівня рідини в чаші становила 0,12 м ), а системи із співвідношенням F c :F до :F п , рівним 1:2:2, 1:2:3 та 1:2:4 - сплавом АЛ2 при 720-730°С та висоті напору 0,2-0 ,21 м. Колектор та живильники розташовувалися як в одній (верхній), так і в різних опоках. Число живильників змінювали від 2 до 6.
Нерівномірність дії живильників оцінювали величиною максимального відносного відхилення (q max -q min ): Q/n, де q max і q min - відповідно найбільший та найменший витрата через живильник; Q – загальна витрата системи; n-числоживильників.
При всіх досліджених співвідношеннях F c :F до :F п як при витіканні рідини в атмосферу, так і при витіканні під затоплений рівень, найбільша її кількість проходила через найвіддаленіший від стояка живильник, а найменша - через найближчий до нього. Збільшення висоти стояка в межах від 0,1 до 0,2 м, тобто зміна напору, не суттєво впливає на витрату по живильникам.
Зміна максимального відносного відхилення в конструкціях литникових систем, що розширюються, визначається прийнятим співвідношенням F c :F до :F п і залежить головним чином від відношення F до /F п .
На рис. 54 наведена залежність максимального відносного відхилення від відношення F до F п. Як видно, найбільш рівномірна витрата по живильникам у міру їх віддалення від стояка забезпечують системи, у яких відношення F до /F п =>1, і значно гірше - системи, у яких F до /F п з :F до :F п рівним 1:2(2-:-3) та 1:3 (2-:-3).
Мал. 54. Залежність максимального відносного відхилення витрати по живильникам (заливання водою при натиску 0,32 м) від відношення F до : F п для співвідношень F c :F до :F п , рівних [65]:
Помічено також, що заливка литникових систем рідким металом забезпечує рівномірніше розподіл витрат по живильникам, ніж заливка водою. Ця різниця збільшується із зменшенням висоти стояка. Так, для систем із співвідношенням F з :F до :F п =l:2:4 з чотирма живильниками при висоті напору 0,22 і 0,32 м максимальне відносне відхилення при заливанні водою становило 0,5 і 0,65, а при заливанні сплавом АЛ2 (F c :F до :F п =l:1:4) за тих же умов досвіду зазначене відхилення склало відповідно 0,89 та 0,8 [65].
Витрата по живильникам вертикально-щілинної системи вивчали при заливанні її моделі водою [22].Вертикальний колодязь системи з'єднували зі зливними судинами трьома однаковими по висоті (0,12 м), але розташованими на різних рівнях щілинами: нижньою, середньою та верхньою. Як бачимо на рис. 55 при однаковій товщині щілини по всій її висоті (крива 3) середня і верхня частини щілини мають приблизно однакову витрату, який значно перевищує витрату через її нижню частину.
Мал. 55. Зміна витрат через щілини залежно від співвідношення F н :F c :F (де F н , F c , F в - площа відповідно нижній, середній і верхній частині щілини) при різниці рівня в чаші і зливному посудині, що дорівнює 0 ,17 м [22]:
Співвідношення F н : F c : F в : 1- 1 : 1 :1,5; 2-1:1:3; 3-1:1:1
Автори роботи [22] вивчали також ступінчасту литникову систему зі зворотним стояком. Така система, з'єднана трьома живильниками зі зливною судиною, забезпечувала послідовне набуття чинності живильників на різних рівнях знизу вгору в міру підйому рівня металу у формі. У такій літниковій системі при закінченні живильників під затоплений рівень верхні живильники діють значно інтенсивніше, ніж нижні (рис. 56). Це створює сприятливий температурний перепад у виливку.
Мал. 56. Зміна витрат через живильники ступінчастої літникової системи при різниці рівня рідини в чаші та зливній посудині:
1-0,158 м; 2-0,138 м; 3-0,118 м; 4-0,088 м
Зміна схеми взаємного розташування колектора та живильників (рис. 57), хоч і надає деякий вплив на роботу живильників, проте не усуває нерівномірність їхньої дії.
Як очевидно з графіка, наведеного на рис. 58 краща рівномірність витрат у системи з накладними живильниками (крива 3). Однак накладні живильники (рис. 57, в) викликають додаткові обурення в колекторі,що призводять до утворення піни (див. п. 2), і тому не можуть бути рекомендовані до застосування. У системи з верхнім розташуванням живильників (рис. 57, г) рівномірність розподілу витрат по живильникам (крива У), гірше, ніж у системи (рис. 57 а), загальноприйнятої в практиці легких сплавів конструкції (крива 2, рис. 58) .
Мал. 57. Схеми литникових систем з різним розташуванням живильників та колектора постійного (а, в, г) та змінного (б) перерізів [22]: а, б-живильники внизу колектора, в одній напівформі; в - живильники внизу колектора, у різних напівформах з ним (накладні живильники); г - живильники вгорі колектора; 1 – чаша; 2 – стояк; 3 – колектор; 4 - живильники
Для підвищення рівномірності дії живильників у горизонтальній багатопоживній системі в деяких роботах рекомендується зменшувати площі поперечного перерізу колектора після кожного живильника [91, 94].
Порівняльні випробування двох систем (рис. 57, а і б) заливкою їх сплавом АЛ2 показали [22], що система з колектором, що звужується (рис. 57, б) забезпечує більш рівномірний розподіл витрат (крива 4), ніж система з колектором постійного перерізу (крива 2, рис. 58) тільки в тому випадку, якщо площа перерізу кожної секції колектора не менша за суму площ перерізу живильників, до яких через цю секцію підходить метал.
Мал. 58. Залежність відносного відхилення витрати по живильникам від відношення F до :F п для литникових систем з різним розташуванням живильників (22):
Криві 1, 2, 3, 4 -відносяться відповідно до литникових систем, представлених на рис. 57 г, а, в, б
Таким чином, для системи з чотирма живильниками (див. рис. 57, б) має бути дотримана умова
F до =>4f п; F к1 =>3f п; F к2 ,=>2f п ; F к3 >fп , де f п - Площа поперечного перерізу одного живильника.
Зменшення площі поперечного перерізу колектора можна забезпечити або послідовним після кожного живильника зниженням висоти колектора або аналогічним звуженням його ширини. Для зменшення турбулентності потоку змінювати переріз колектора необхідно не сходинкою, а плавно від однієї секції до іншої (рис. 59).
Мал. 59. Схема литниковой системи з колектором, що звужується, за висотою (а) і за шириною і висотою (б):
1 – стояк; 2 – колектор; 3 - живильники
Однак, застосовуючи звужується колектор, необхідно мати на увазі, що при литті легких сплавів він є основним шлакозатримуючим елементом литникової системи. Зменшення поперечного перерізу колектора, особливо у крайніх живильників, може призвести до збільшення турбулентності потоку в ньому внаслідок збільшення швидкостей та їх пульсації при переході з однієї секції колектора в іншу. У такому потоці умови спливання і затримання шлакових включень погіршуються порівняно з потоками, що рівномірно рухаються. Крім того, при зменшенні поперечного перерізу колектора за рахунок його висоти збільшується небезпека засосу шлаку через живильники.
Таким чином, питання про зміну поперечного перерізу колектора з метою покращення розподілу розплаву по живильникам необхідно вирішувати з урахуванням впливу цієї зміни на турбулентність потоку та шлакозатримання в літниковій системі.
Слід зазначити також, що крім зазначених факторів на витрату металу по живильникам можуть вплинути також і такі, поки маловивчені фактори, як відстань між живильниками, швидкість потоку в колекторі і, особливо, конфігурація колектора. Досліди показують, що, змінюючи конфігурацію колектора (розподіл потоку на частини, застосуванняповоротів, потовщень - для гасіння кінетичної енергії потоку та ін), можна домогтися більш рівномірного розподілу металу по живильникам навіть у системах, що розширюються.
Необхідно відзначити, що питання про нерівномірність дії живильників заслуговує на найбільш серйозне експериментальне вивчення, так як нерівномірне надходження металу у форму може бути однією з причин місцевого перегріву виливків і підсмоктування повітря через мало діючі живильники.
Більш обгрунтованими і легше реалізованими практично є рекомендації Ж. У. Токарева [64] щодо забезпечення рівномірності витрати металу шляхом послідовного, починаючи від стояка зменшення площі поперечного перерізу живильників.
Мал. 60. Схема литникової системи із зменшуються поперечними перерізами живильників:
I-f п = 2,5; v п =0,9; II - f п = 2,1; v п = = 1,25; III - f п = 2,03; v п =1,28; IV-f п =1,95 см 2; v п =1,38 м/с; F =5; F до =10; F п = 8,58 см 2; F c :F до :F п = 1:2:1,72; 1 – чаша; 2 – стояк; 3 – колектор; 4 - живильники
На рис. 60 показана схема дослідної літникової системи з послідовно зменшуються площами поперечних перерізів живильників, побудована за даними роботи [64]. У табл. 12 наведено результати експериментальної перевірки цієї системи порівняно із звичайною системою, живильники якої мали однакову площу поперечних перерізів.
Таблиця 12 Експериментальні дані про роботу літникової системи з живильниками постійної та змінної площі поперечних перерізів [64]
Як видно, система із зменшуються живильниками забезпечує більш рівномірний розподіл металу по живильникам, ніж звичайна (F c :F до :F п =1:2:2). У системі з зменшуються живильниками послідовно зростає швидкість потоку v п. Величина v п в останніхдвох живильниках приблизно на одну третину вище, ніж у першому від стояка живильнику. Зростання швидкості в живильниках - у всіх випадках небажане явище, а нерівномірність швидкісних потоків, що входять до робочої порожнини форми, може призвести до їх перемішування та утворення вторинних шлаків.
Все це показує, що вирішувати проблему забезпечення рівномірності витрат через живильники необхідно в комплексі з іншими проблемами, що говорилося вище. В іншому випадку будуть порушені гідродинамічні характеристики потоку, і замість позитивного ефекту можна отримати негативний.
Слід пам'ятати також, що нерівномірність роботи живильників не завжди є негативним явищем. Іноді у відомих межах її можна використовувати для кращого заповнення виливків. Це стосується насамперед виливків із нерівномірно розподіленою по периметру масою металу. Щоб забезпечити рівномірний підйом рівня металу в таких виливках і виключити перетікання металу з однієї зони виливки в іншу, необхідно підвищити подачу металу більш масивні частини виливки. Це завдання якраз і може виконати літникова система з нерівномірно працюючими живильниками, витрата металу через кожен з яких, а також площа їх поперечного перерізу можна заздалегідь розрахувати.