Прибыли для отливок из магниевых сплавов

Непременным условием для получения плотных отливок является направленное затвердевание их в сторону прибыли. Прибыль должна удовлетворять следующим основным требованиям:

- иметь объем, достаточный для компенсации усадки затвердевания;

- затвердевать позднее той части отливки, к которой она присоединена;

- иметь конфигурацию, обеспечивающую минимальную поверхность охлаждения и, соответственно, минимальный расход металла.

Чтобы выполнить эти требования, необходимо определить:

- количество прибылей и место их установки;

- конфигурацию прибылей;

- размеры прибылей.

Прибыль присоединяют к наиболее массивным частям отливок, местным утолщениям, сопряжениям различных элементов, т. е. к тем местам, которые образуют узлы питания.

Узлы питания — это части отливок, которые затвердевают в последнюю очередь и через которые осуществляется питание отливок.

Ни один из массивных узлов отливки не должен обособляться в процессе затвердевания от источника питания, которым является прибыль. Поэтому на отливках с несколькими тепловыми узлами или на больших отливках, имеющих постоянное сечение, устанавливают несколько прибылей. При этом расстояние между прибылями не должно превышать радиуса действия прибыли. Для определения зоны действия прибылей можно воспользоваться соотношениями между приведенными радиусами прибыли (R_п) и питаемого узла отливки (R_отл), длиной питаемой зоны прибыли (l_п) и толщиной питаемого узла отливки (l_отл):

На рис. 4.7 приведены наиболее типичные узлы питания и расположение на них прибылей.

Рис. 4.7. Формы типовых узлов питания и расположение на них прибылей: 1 — узел питания; 2 — прибыль; Д_п, а_п и Д_у, а_у, b_у — размеры соответственно прибылей и узлов питания.

По форме узлы питания подразделяются на шаровые (а), кубические (б), круглые (в, ж) и плоские (г, д, е, з, и); по расположению на отливке — на горизонтальные (в, г, д, е) и вертикальные (ж, з, и). Шар и куб относятся к средним по высоте узлам питания. Для них высота прибыли примерно равна высоте узла питания. С точки зрения наименьших тепловых потерь наиболее выгодной формой прибыли является цилиндр.

После определения числа прибылей и их конфигурации производится расчет основных размеров прибылей. В большинстве случаев для этого применяются эмпирические зависимости типа приведенных ниже.

Объем усадочной раковины V_р определяют как сумму  усадок отливки (или питаемого узла) и прибыли:

V_р = α(V_отл + V_п) (4.10),

где α — коэффициент объемной усадки сплава от температуры заливки до температуры солидуса (для магниевых сплавов — 0,05-0,075, для широко применяемого сплава Мл 5 — 0,075); V_отл — объем питаемого узла; V_п — объем прибыли.

Объем усадочной раковины составляет часть объема прибыли, т. е.:

V_р = КV_пр,

где К — коэффициент запаса, равный 1/3-1/6 для обычных открытых прибылей и 1/7-1/9 для закрытых прибылей.

Объединяя эти выражения, получим:

V_п = V_отл (4.11).

Усадочная раковина не должна выходить за пределы прибыли. Для цветных сплавов принято считать отношение высоты прибыли к высоте отливки равным в среднем 1,5.

Чтобы прибыль затвердевала в последнюю очередь (после затвердевания отливки), приведенная толщина ее должна быть больше приведенной толщины отливки или узла питания, на который она установлена.

Пользуясь обозначениями, представленными на рис. 4.7, приняв время затвердевания прибыли на 40% больше времени затвердевания узла питания, и отношением высоты прибыли к высоте узла питания, равным 1,5, получим значения диаметра круглой или толщины плоской прибыли:

Д_п =       (4.12),

b_п =       (4.13),

где Д_п — диаметр прибыли, Д_у — диаметр узла питания, b_п — ширина прибыли, b_у — ширина узла питания, Н_у — высота узла питания.

Определив объем прибыли (V_п), а также ее диаметр (Д_п) или ширину (b_п) и задавшись отношением Н_п/Д_п, определяют площадь поперечного сечения и высоту прибыли. Для простоты определения размеров прибылей для сплава Мл 5 М. Б. Альтманом с сотрудниками разработаны номограммы, которые могут быть использованы и для других магниевых сплавов. На рис. 4.8 показана номограмма для определения размеров плоских прибылей.

Рис. 4.8.

В первую очередь на шкале I находят точку, отвечающую ширине узла питания (например, точка «а»), на котором устанавливается прибыль. Из точки «а» поднимаются по шкале II до пересечения с кривой, соответствующей высоте узла питания, на который устанавливается прибыль (точка «б»). Из точки «б» двигаются вправо параллельно шкале I до пересечения ее со шкалой III, получают точку «в».

В правой части номограммы на шкале IV снова находим точку, соответствующую ширине узла питания, и обозначим ее как точка «г». Из этой точки «г» поднимаемся вверх параллельно оси ординат до пересечения с кривой, отвечающей значению высоты узла питания на шкале V, получаем точку «д». Из полученной точки «д» двигаемся вправо до пересечения со шкалой VI, получаем точку «е», которая определяет минимально возможную высоту прибыли. Через найденные на шкалах III и IV точки «в» и «е» проводим прямую вправо до пересечения со шкалой VII, на которой точка «ж» указывает значение ширины прибыли. Длина прибыли принимается равной длине узла питания. Аналогичная номограмма разработана и для определения размеров круглых прибылей.

В конечном итоге размеры прибылей должны быть такими, которые обеспечивают гарантированное питание отливки. В то же время, завышение размера прибылей, не принося пользы, может оказать вредное влияние из-за сильного местного перегрева и образования горячих трещин. Оптимальный размер прибылей может быть установлен с использованием методики компьютерного моделирования.

Холодильники

Холодильники представляют собой металлические вставки, которые помещаются в форму или стержень с целью ускорения охлаждения отдельных массивных частей отливки и обеспечения ее направленного затвердевания. По месту установки холодильники могут быть внутренние (расплавляемые) и внешние.

Для магниевых сплавов применяются только внешние холодильники, которые могут быть изготовлены из стали, чугуна, медных и даже алюминиевых сплавов. Захолаживающий эффект холодильника зависит от массы и удельной теплоемкости его. Масса холодильника не должна быть выше 10-15% от массы захолаживаемого узла. Форма холодильника определяется формой захолаживаемого узла.

На рис. 4.9 показаны схемы расположения плоских (а), круглых (б) и фасонных (в) холодильников.

Рис. 4.9. Схемы расположения холодильников различной формы на  термических узлах. 1 — отливка, 2 — холодильник, 3 — стержень.

Толщина (a_x, b_x) или диаметр (d_x) находятся в зависимости от толщины (b_у) или диаметра (Д_у) захолаживаемого узла отливки и находятся из соотношений: a_x = (0,6-1,25)b_у, d_x = (0,6-1,25)Д_у, b_x = (0,6-1,25)Д_у.

Меньшее значение коэффициентов принимают для холодильников, изготовленных из стали и медных сплавов, среднее — из чугуна и большее — из алюминиевых сплавов.

Перед установкой в форму поверхности холодильников подвергают дробеструйной очистке, наносят на них слой краски, которая применяется для кокильного литья магниевых сплавов, и подсушивают.