На отливках, как правило, устанавливают прибыли прямого действия. При этом предпочтительнее закрытые прибыли, работающие под атмосферным давлением. Прибыли прямого действия при прочих равных условиях питают отливку под наибольшим металлостатическим напором. Закрытые прибыли более технологичны при формовке и имеют меньшие потери тепла через верхнюю поверхность, чем открытые. Такие прибыли всегда заполнены жидким металлом одинаково, независимо от условий заливки. А использование атмосферного давления в работе прибыли является наиболее дешевым и эффективным способом увеличения движущей силы питания.
Открытые прибыли необходимо применять при изготовлении крупных отливок, когда предусматривается доливка жидкого металла в прибыль после заполнения формы или засыпка поверхности расплава в прибыли экзотермическими смесями. Кроме того, такие прибыли используют при недостаточной высоте опоки.
Отводные прибыли следует применять в случае, если установка верхних прибылей прямого действия на питаемых частях отливок невозможна или усложняет их механическую обработку. Они предпочтительнее в качестве групповых, когда одна отводная прибыль обеспечивает питание нескольких отливок или тепловых центров.
Прибыли, работающие под газовым давлением, применяют при изготовлении мелких и средних отливок, подвергаемых гидравлическим испытаниям. Их также используют при необходимости питания отливок со стенками большой протяженности, поскольку обеспечивают увеличение дистанции действия прибыли в 1,5 раза.
Прибыли, работающие под воздушным давлением, применяют при изготовлении крупных ответственных отливок, к которым предъявляются повышенные требования по механическим свойствам и плотности. Действие избыточного воздушного давления обеспечивает увеличение дистанции действия прибыли в 2 раза и позволяет получать отливки с минимальной пористостью.
Легкоотделяемые прибыли применяют при изготовлении отливок из высоколегированных сталей, плохо поддающихся огневой резке. Их также применяют при вынужденной установке прибылей на необрабатываемых поверхностях отливок.
Обогреваемые и теплоизолированные прибыли рекомендуется применять при большом расходе металла на питание отливок и обусловленном этим низком выходе годного литья. Их применение экономически выгодно при производстве отливок из легированных сталей. За счет использования вкладышей из экзотермических смесей удается снизить расход металла на прибыли в 2 - 4 раза и увеличить технологический выход годного при стальном литье с 50—65 до 75—85 %. Прибыли диаметром до 400 мм рациональнее выполнять обогреваемыми, а больших размеров - теплоизолированными.
Самой выгодной формой прибыли (по Б. Б. Гуляеву) является цилиндрическая. Поэтому такие прибыли используют чаще всего, устанавливая на отливках типа шара, цилиндра (расположенного вертикально), плиты (расположенной горизонтально), колеса, диска. При этом открытые прибыли выполняют с сужением профиля к поверхности разъема, а закрытые - имеют обратную конусность.
Широкое применение получили также призматические прибыли. Прибыли в виде плоской призмы устанавливают на отливки типа плиты (расположенной вертикально), бруса и арматуры (на фланцах). Прибыли в виде квадратной призмы размещают на отливках, имеющих конфигурацию куба. Прибыли в виде овальной призмы выполняют на отливках типа плиты (расположенной горизонтально) и бруса. Прибыли в виде чечевицеобразной или кольцевой призмы устанавливают соответственно на отливках типа колес или полых цилиндров (расположенных вертикально). Закрытые прибыли, как правило, выполняют не с плоской, а с закругленной верхней поверхностью. При этом цилиндрические и призматические прибыли трансформируются соответственно в цилиндро-шаровые и призмо-цилиндрические.
4.2. Методы расчета прибылей
Все существующие методы расчета прибылей можно подразделить на три основные группы:
- расчеты с помощью таблиц и графиков[6], построенных на основе практических данных;
- расчеты на основе эмпирических и полуэмпирических формул;
- теоретически обоснованные расчеты.
С. Гевер предложил метод вписанных окружностей, когда в питаемый узел вписывается окружность и диаметр прибыли принимается равным диаметру этой окружности.
С. В. Руссиян рекомендует следующие соотношения между толщиной δо стенки отливки, диаметром Dп.н нижнего сечения прибыли, высотой отливки Но и прибыли Нп:
(4.1)
При расчете определяют размеры прибылей в зависимости от их конструктивного оформления. При определении размеров прибыли необходимо соблюдать следующие требования:
продолжительность затвердевания прибыли должна быть больше продолжительности затвердевания отливки;
прибыль должна иметь запас жидкого металла для компенсации объемной усадки питаемого узла отливки и самой прибыли. Это условие можно описать уравнением
(4.2)
где Vnp и Vп.у, - объем прибыли и питаемого узла отливки;
β - коэффициент экономичности прибыли, равный отношению объема усадочной раковины Vус.р к объему сплава в прибыли
(4.3)
εν∑ — суммарная относительная объемная усадка сплава.
Очевидно, что разность V=Vпр –Vус.p представляет собой объем сплава, затвердевшего на стенках прибыли.
Коэффициент экономичности прибыли β зависит от формы прибыли, теплофизических условий ее работы и характера затвердевания сплава;
высота прибыли должна обеспечивать концентрацию усадочной раковины только в прибыли;
в результате расчета должны быть получены минимально необходимые, но достаточные размеры и объем прибыли.
В литературе предложено много методов расчета прибылей. Среда них можно выделить эмпирические методы, основанные на анализе экспериментальных и производственных данных и аналитические, полученные на основании исследования упрощенных математических моделей питания отливки с экспериментальной оценкой некоторых параметров.
Дать описание всех методов невозможно, поэтому ниже будут рассмотрены часто используемые в настоящее время, а также наиболее надежные и обоснованные, на наш взгляд, методы. Следует отметить, что на многих предприятиях применяются собственные инженерные методы расчета прибылей, чаще всего представленные в виде номограмм и таблиц [6]. В данном учебнике эти методы не рассматриваются. С ними можно познакомиться на производственных практиках, а также с помощью справочной литературы.
4.3. Метод И. Пржибыла
И. Пржибыл [7] предложил вычислять объем прибыли по формуле
Vп = (α/ψ - α) Vo (4.4)
где α — коэффициент объемной усадки; ψ — отношение объема раковины в прибыли к объему последней; Vo — объем отливки.
Метод достаточно прост, удобен, но сложность заключается в определении значения
В практике литейного производства нашли применение далеко не все из разработанных методов расчета прибылей. Ниже рассмотрим наиболее часто используемые из них.
В основу метода положено уравнение (4.4). Решая его относительно объема прибыли, получаем следующую формулу:
(4.5)
Суммарная относительная объемная усадка сплавов зависит от температуры заливки. Ее значения при выполнении расчетов можно определять по следующим зависимостям:
для среднеуглеродистых сталей 
= 0,03+0,00016 ∆T;
высокомарганцовистой стали 110Г13Л 
= 0,06+0,0002 ∆Т;
ковкого чугуна = 0,025+0,0001∆Т;
сплава АК12 = 0,036+0,0007516 ∆Т∕Тл;
сплава АК7ч = 0,039+0,0008 ∆T /Тл;
латуней: ЛЦ40С1 = 0,065; ЛЦ17К3 = 0,061;
алюминиевых бронз = 0,08;
алюминиевых латуней = 0,09;
9) для магниевых сплавов (МЛ5) = 0,075.
Здесь ∆T - перегрев сплава над температурой ликвидуса Тл. Для отливок из стали и высокопрочного чугуна коэффициент β можно принять равным:
0,08 - 0,09 для закрытых прибылей;
0,10 - 0,11 для открытых прибылей;
0,11 - 0,13 для теплоизолированных прибылей;
0,14-0,17 для обогреваемых прибылей;
0,13 - 0,14 для прибылей с повышенным газовым давлением.
Для отливок из медных сплавов β = 0,1 для закрытых прибылей;
0,14 - 0,18 для прибылей с повышенным газовым давлением и 0,2 для экзотермических прибылей.
Для алюминиевых сплавов значение β можно выбирать в пределах от 0,13 до 0,30. Меньшие значения относятся к закрытым прибылям, большие — к экзотермическим прибылям.
Последовательность расчета прибылей по методу И. Пржибыла сводится к следующему:
выделить в отливке все узлы питания и рассчитать объем каждого из них (Vпу);
выбрать тип и конфигурацию прибылей для каждого узла питания;
в зависимости от принятой конструкции прибыли и условий ее охлаждения выбрать значение коэффициента β;
рассчитать по формуле (4.5) объем прибыли;
определить размеры нижнего сечения прибыли, учитывая, что отношение диаметра прибыли Dпp к диаметру питаемого узла Dп.y должно быть равно 1,15 - 1,20. При этом для некруглых сечений питаемого узла и прибыли Dп.y и Dпp соответствуют диаметрам вписанных окружностей.
; 
4,6
С учетом этого
С учетом найденных значений Snp и Vпp находят высоту прибыли. Например, для прибыли, приведенной на рис. 18, в, объем прибыли равен (уклоном боковой поверхности пренебрегаем)
4.7
Для полного выведения усадочной раковины в прибыль необходимо соблюдение условия Hпp/Dпp>K, где К - коэффициент, равный 1,7— 2,0 для открытых прибылей на стальных отливках; 1,25 - 1,50 для закрытых прибылей на стальных отливках. Для отливок из цветных сплавов можно условно принять Hпp/Dпp>(1,25 - 1,50).
Для примера выполним расчет прибыли для отливки, приведенной на рис. 4.19. Исходные данные для расчета: Мп.у=2000 кг; перегрев стали при заливке ∆Т = 60 °С; ρ=7200 кг/м3.
Принимаем коническую открытую прибыль, для которой β = 0,1. Относительная объемная усадка в этом случае равна εv = 0,03 + 0,00016∙60 -0,04. По формуле (4.5) находим объем прибыли и ее диаметр.
м3 4.8
мм 
4,9
Из геометрических соображений находим по объему Vпp и диаметру Dпр высоту прибыли:
или 
4.10
Так как Hпp/Dпp =231/250<К=1,7, то примем Hпp=1,7Dпp= 1,7∙250= 425 мм.
Выполним расчет прибылей для отливки «Корпус», схема питания которой приведена на рис. 2.11.
При перегреве стали на 60° находим 
=0,03+0,00016∙60=0,04. Примем β = 0,1, тогда получим объем прибылей, равный
4.11
Принимаем две прибыли: Dпp = 1,2 • Dп.y = 54 • 1,2 = 65 мм. Суммарный объем прибылей равен
мм3 4.12
Отсюда находим Нпp =7,5 см. Масса прибыли составит Gпp=4,5 кг. Полная высота прибыли будет равна Нпр.полн= Нпр + Dпp /2=10,8 см. Отношение Нпр.полн / Dпp =108/65=1,66. Округлим значение Нпр.полн до значения 110 мм, при котором Нпр.полн / Dпp =1,7 Конструкция прибыли показана на рис. 11.
4.4. Метод В. А. Денисова
Исходными данными для расчета являются:
- масса и время затвердевания части отливки питаемой данной прибылью;
- объемная усадка металла в жидком состоянии и при затвердевании;
- объемная теплоемкость металла;
- перегрев металла;
- состав металла;
- геометрия прибыли;
- параметры внутренних холодильников;
- теплофизические свойства смеси.
При определении размера прибыли принимают следующие ее формы (рис 25):
а – полушаровая;
б – овальная закрытая;
в – коническая круглая;
г – овальная открытая.
В методе В. А. Денисова [8], вместо (4.2) применяют следующее уравнение для определения объема прибыли, м3:
Vпр = V + β/m (V + M/γ) (4.13 4.6)
где Vпр — объем прибыли, м3; V — объем затвердевшей части прибыли к концу затвердевания отливки, м3; М — масса питаемой части отливки и литников, кг; γ — плотность жидкой части, кг/м3 β - коэффициент объемной усадки стали, 1/град; εν∑ — суммарная относительная объемная усадка сплава.
m - доля жидкого сплава в конце затвердевания отливки, которая может пойти на ее питание (m = 0,2 - 0,3).
Здесь учитывается то, что отливка должна затвердеть до начала фильтрации металла в центральной части прибыли.
Рис 25. Типы прибылей
Расчет объема прибыли по методу В. А. Денисова основан на уравнении (4.13). Объем полушаровой прибыли (рис. 25, б) равен
(4.14)
Аналогично объем затвердевшей части прибыли V=0,655 d3, где d - диаметр затвердевшего цилиндра с полушаровым верхом.
В конце затвердевания отливки в прибыли должен оставаться объем жидкого металла, равный второму члену правой части уравнения (4.13). Для чистых металлов и узкоинтервальных сплавов коэффициент m=1. С увеличением интервала кристаллизации часть жидкого сплава, которая находится между кристаллитами и не может быть использована для питания отливки, увеличивается. При этом значение коэффициента m уменьшится. Для среднеуглеродистой стали можно принять m=0,25.
Принимая, что кинетика затвердевания стали подчиняется закону квадратного корня, для определения диаметра d автор применяет следующую формулу:
где K -константа затвердевания;
τ - время затвердевания отливки.
С учетом значений плотности ( ρ =7200 кг/м3), =0,036 и экспериментальных данных по константе затвердевания для литья стали в сухие песчано-глинистые или жидкостекольные формы уравнение (4.13), разрешенное относительно диаметра прибыли Dпp, принимает вид
(4.15 7)
где К1 - эмпирический коэффициент (для среднеуглеродистых сталей
К1= 0,032÷ 0,036;
Мо - масса питаемой части отливки, кг; τ - время затвердевания отливки, ч.
Для отливок, у которых габаритные размеры значительно превышают их толщину, при соотношении равном ( 
,
Где δо - толщина отливки, м), m=0,4.
При этом для определения диаметра прибыли справедливо уравнение
(4.16 8)
Аналогично для открытой конической прибыли получено уравнение
(4.17 9)
При 
(4.18 10)
Для стальных отливок типа плит и цилиндров время затвердевания отливки вычисляют по следующим формулам:
Для плиты 
(4.19 11)
Для цилиндра 
(4.20 12)
где τп и τц- время затвердевания, с;
δ и d - толщина плоской стенки и диаметра цилиндрической отливки, м.
На рис. 28 приведены сечения различных форм отливок. Продолжительность затвердевания данных отливок τyз определяют, умножая продолжительность затвердевания плоской отливки данной толщины τп на относительную продолжительность затвердевания узла τотн , т.е.
τотн = τyз / τп (4.21)
На рис. 29-31 приведены графики для определения относительной продолжительности затвердевания сечений отливок, показанных на рис. 28.
Формулы (4.19) и (4.20) получены при значении коэффициента аккумуляции тепла формой
(песчано-глинистая смесь с жидким стеклом).
С учетом найденных значений τoтм (см. рис. 27-29) и формулы (4.19) продолжительность затвердевания отливки сложного сечения можно найти по формуле
τ 
(4.22 13)
где а - толщина более толстой полки отливки или толщина стенки полого цилиндра, м;
bф- коэффициент аккумуляции тепла формой, 
.
Рис. 26. Типы сечений отливок
Определив по (4.22) продолжительность затвердевания питаемого узла по формулам (4.15-4.18), определяем диаметр прибыли Dпp. Для конических прибылей это будет средний по высоте диаметр прибыли. Высота прибыли принимается равной ее среднему диаметру.
Для иллюстрации рассмотрим пример расчета прибыли для питания обода отливки «Зубчатое колесо». Схема питаемого узла и его размеры приведены на рис. 30.
Исходные данные: масса Мо= 12000 кг, 
. Сечение отливки является Т-образным: а=210, b=120 мм. По графику (рис. 27), при b/а= 120/210=0,57 находим τотн=1,32. По формуле (4.22) рассчитываем время затвердевания обода:
τ = 2,1 • 105 • 0,212 • 1,32 = 1,22 • 104 =12200 с =3,4 ч.
Рис. 27. Влияние относительной толщины полок (b:а) на относительное время затвердевания узлов: 1 - крестообразного; 2 - T-образного; 3 - Г-образного
Рис. 28. Влияние относительной длины полки (l:а) и относительной толщины (b:a) на относительное время затвердевания T-образного несимметричного узла: 1 - при b:а=1; 2 - b:а=0,625; 3 - l:а=1(3); 4 - l:а=0,5
Рис. 29. Влияние толщины стержня на относительное время затвердевания: 1 - полого цилиндра; 2 - двух параллельных плит
По формуле (4.17) для открытой конической прибыли находим
мм
Примем высоту прибыли Нпр=300 мм. С учетом уклона прибыли 1/20 находим верхний и нижний диаметры прибыли Dпр.в=305 мм, Dпр.н=275 мм. Здесь учтено, что на обод устанавливают 6 прибылей, т.е. на одну прибыль приходится масса 2000 кг.
Рис. 30. Схема сечения питаемого узла отливки
4.5. метод П. Ф. Василевского
В первом методе, разработанным П. Ф. Василевским [9], выбор размеров прибылей проводят по таблицам и графикам, исходя из соотношения высоты отливки и толщины питаемой стенки. Обобщенные расчетные данные были получены им на основании статистической обработки большого числа технологических разработок.
Второй метод расчета прибылей П. Ф. Василевского [10] основан на утверждении, что для обеспечения нормальных условий питания отливки, затвердевающей в тех же условиях, что и прибыль, достаточно принять отношение Rп/Rо = 1,14-1,2, где Rп и Rо — приведенные толщины стенок прибыли и отливки.
При расчетах размеров прибылей широко используется понятие приведенный размер.
Рис. 31. Первая типовая схема питания.
Первый метод расчета пригоден для определения размеров прибылей отливок из углеродистых и малолегированных сталей. При этом для любого способа вначале следует выбрать места установки прибылей и, определение их размеров начинать с выделения на отливке отдельных узлов питания. Каждый из узлов или отливка в целом приводится к одной из двух типовых схем питания (рис. 31, 32). Расчет прибылей производится по установленным зависимостям между размерами отливки и прибыли.
1. Затем для первой типовой схемы питания определяют толщину δу питаемой стенки или диаметр окружности, вписанной в питаемый узел Dокр.
При второй типовой схеме питания подсчитывают отношение высоты отливки к толщине питаемой стенки (Hу/δу).
По табл. 4,5 для близких значений δу или Hу/δу выбирают соответствующие отношения Dп/ δу и Hу /Dп а также относительную протяженность прибыли.
Рис. 32. Вторая типовая схема питаний
| Параметры обозначения | Урал | Ижора |
| Высота отливки | Hу | Нотл |
| Высота прибыли | Hп | Нпр |
| Толщина стенки отливки | δу | Т |
| Диаметр прибыли | Dп | |
| Наименьший размер прибыли у основания | d | |
| Диаметр вписанной окружности в узел | Dокр |
Таблица 4
Ориентировочные соотношения основных параметров отливки и прибыли из углеродистых и низколегированных сталей для первой типовой схемы питания
| δу, мм | Dп/ δу при отношении Hп/Dп | Прибыль | Доливка прибыли через каналы дополнительной литниковой системы | ||
| 1 | 1,2—1,25 | 1,5 | |||
| 50—120 | 2,4—2,6 | 2,3—2,5 | 2,2—2,3 | Закрытая | Не нужна |
| 121—200 | 2,2—2,5 | 2,1—2,4 | 2,0—2,3 | Закрытая и открытая | Необходима |
| 201—500 | 2,1—2,3 | 2,0—2,3 | 1,9—2,2 | Открытая | » |
| П р и м е ч а н и я: 1. Нижние и промежуточные значения Dп/dу относятся к случаям применения прибылей с отношением Lп/Dп³2, а также если прибыли доливаются сверху. 2. При устройстве прибылей шаровой формы Нп/Dп=1 | |||||
Таблица 5
Ориентировочные соотношения основных параметров отливки и прибыли из углеродистых и низколегированных сталей для второй типовой схемы питания (см. рис. 32, б)
| δу , мм | Hу/δу | Dп/ δу | Нп /Dп | b, не менее | l | h, не более | |||
| Исполнение I | Исполнение II | Исполнение I | Исполнение II | мм | |||||
| 60 | 3 5 8 | 1,3÷1,8 1,4÷1,9 1,5÷2,0 | 1,6÷2,1 1,7÷2,2 1,8÷2,3 | 1,2÷1,3 1,2÷1,4 1,2÷1,5 | 1,1- 1,2 1,1÷1,3 1,1÷1,5 | 4 5 10 | 50 50 Hу-6δу | Hу— 50 мм Hу— 50 мм 6δу | |
| 100 | 3 5 8 | 1,2÷1,6 1,3÷1,7 1,4÷1,8 | 1,5÷2,0 1,6÷2,1 1,8÷2,3 | 1,2÷1,3 1,2÷1,4 1,2÷1,5 | 1,1÷1,2 1,1÷1,3 1,1÷1,5 | 5 5 15 | 60 60 Hу-6δу | Hу— 60 мм Hу— 60 мм 6δу | |
| 200 | 3 5 8 | 1,2÷1,4 1,3÷1,4 1,3÷1,5 | 1,4÷1,9 1,5÷2,0 - | 1,1÷1,3 1,2÷1,5 - | 1,0÷1,2 1,1÷1,4 - | 5 5 - | 60 60 - | Hу— 60 мм Hу— 60 мм 6δу | |
| 300 | 3 5 8 | 1,2÷1,4 1,2÷1,5 1,2÷1,5 | 1,4÷1,8 - - | 1,2÷1,4 - - | 1,1÷1,5 - - | 6 6 15 | 60 - - | Hу— 60 мм Hу— 60 мм 6δу | |
Примечания:
1. Нижние пределы Dп/ δу относятся к случаям доливок металла в прибыль после окончания заливки формы.
2. Размер b принимают в дополнение к формовочным уклонам.
После этого отношения переводят в конкретные размеры, строят контур прибылей и вычисляют технологический выход годного литья (ТВГ).
Ориентировочные соотношения основных параметров отливки, и прибыли из углеродистых и низкоуглеродистых сталей для первой типовой схемы питания (см. рис. 31, а)
Примечания: Нижние и промежуточные значения Dп/ δу относятся у случаям применения прибылей с соотношением Lп /Dп≥2 , а также если прибыли заливаются сверху.
При устройстве прибылей шаровой формы Нп /Dп=1
(4.23 14)
где Мп – масса прибыли; Мо – масса отливки.
Полученное значение ТВГ сравнивают с данными табл. 5, 6, относящимися к отливкам, близким по конфигурации, назначению и массе. В случае несоответствия полученного значения табличным вносят изменения в размеры прибылей. Это следует осуществлять приданием прибыли сфероидальной формы, некоторого ограничения наибольшего размера ее основания, но не снижением высоты, определяемой соотношением Нп /Dп. Наибольший размер основания прибыли допускается уменьшить, не выходя за пределы соотношения Dп/ δу
Таблица 6
Ориентировочный технологический выход годного отливок (углеродистые и низколегированные стали)
| № п|и | ГРУППА ОТЛИВОК | Черновой вес отливки в кг | Преобладающая толщина стенки отливки Т в мм | Технологические выходы годного в % | |
| Наименование группы | прибыли прямого питания, обычные | ||||
| открытые | закрытые | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | Мелкие отливки с большим объемом мех. обработки | До 100 | До 20 | 65 | 67 |
| свыше 20 до 50 | 61,5 | 63 | |||
| свыше 50 | 58 | 60 | |||
| 2 | Мелкие отливки с малым объемом механической обработки | До 100 | До 20 | 65 | 70 |
| свыше 20 до 50 | 63 | 67 | |||
| свыше 50 | 60 | 64 | |||
| 3 | Средние отливки с большим объемом механической обработки | Свыше 100 до 500 | До 30 | 66 | 68 |
| свыше 30 до 60 | 63 | 66 | |||
| свыше 60 | 60 | 64 | |||
| 4 | Средние отливки с малым объемом механической обработки | Свыше 100 до 500 | До 30 | 67 | 70 |
| свыше 30 до 60 | 65 | 68 | |||
| свыше 60 | 63 | 66 | |||
| 5 | Крупные отливки с большим объемом механической обработки | Свыше 500 до 5000 | До 50 | 67 | 69 |
| свыше 50 до 100 | 64 | 67 | |||
| свыше 100 | 62 | 65 | |||
| 6 | Крупные отливки с малым объемом механической обработки | Свыше 500 до 5000 | До 50 | 68 | 70 |
| свыше 50 до 100 | 66,5 | 69 | |||
| свыше 100 | 64 | 68 | |||
| 7 | Очень крупные отливки с большим объемом механической обработки | Свыше 5000 | До 50 | 68 | 70 |
| свыше 50 до 100 | 65,5 | 69 | |||
| свыше 100 | 63,5 | 66 | |||
| 8 | Очень крупные отливки с малым объемом механической обработки | Свыше 5000 | До 50 | 69 | 71 |
| свыше 50 до 100 | 67,5 | 70 | |||
| свыше 100 | 66 | 69 | |||
| 9 | Зубчатые колеса с механически обрабатываемыми зубьями | До 100 от 100 до 500 свыше 500 | 59-59 56-60 | 58-62 59-62 59-62,5 | |
| 10 | Зубчатые венцы с механически обрабатываемыми зубьями | До 1000 свыше 1000 | 57-60 59-61 | 59-61 60-62,5 | |
| 11 | Зубчатые венцы с механически необрабатываемыми зубьями | Свыше 1000 | 66-69 | 65-70 | |
| 12 | Цилиндры, плунжеры с механически обрабатываемым наружным и внутренним диаметром | Свыше 1000 | 61-67 | 62-69 | |
По второму методу размеры прибыли определяют, принимая для разных условий охлаждения отливки и прибыли соответствующее соотношение Rп/Ry. Экспериментально установлено, что это отношение не с абсолютной точностью характеризует соотношение производительности полного затвердевания стенок отливки τо и прибыли τп. Но если принять отношение Rп/Ry с некоторым резервом, то отмеченное несоответствие будет компенсировано. Установлено, что для обеспечения нормальных условий питания отливки, затвердевающей в тех же условиях, что и прибыль, достаточно принять Rп/Ry = 1,1÷1,2, которое соответствует τп/τy = 1,21÷1,44
При расчете прибыли сначала определяют приведенную толщину Rо всей отливки или ее части Ry, на которую устанавливают прибыль. Для этого рассчитывают объем Vy отливки или узла и площадь Fy охлаждаемой поверхности. Под охлаждаемой поверхностью подразумевают все поверхности, соприкасающиеся со стенками формы. Поверхность, перекрываемая прибылью, не учитывается. Зная расчетные значения приведенной толщины отливки или массивного узла, над которым располагается прибыль, определяют приведенную толщину прибыли
Rп = (1,1÷1,2)Rу (4.24 15)
В зависимости от принятой геометрической формы прибыли определяют ее размеры. Диаметр или ширину основания закрытых или открытых конусных прибылей, расчетное значение Rп которых известно, можно определить по табл. 7, 8, а также пользуясь рисунками 35, 36 и табл. 9, 10. Далее по тем же таблицам определяется объем Vп и рассчитывается соотношение Vп/Vу Необходимым для получения отливки без усадочных раковин является условие
Vр=nVпhз (4.25 16)
(Vо+Vп)eз£Vпhз (4.26 17)
| |
Таблица 7
Ориентировочные соотношения основных параметров
закрытых полушаровых прибылей
| Нп | Lп | V п | Fп | Rп при условии охлаждения стенками формы части площади нижней торцовой поверхности прибыли, % | ||||
| 20 | 30 | 40 | 50 | 0 | ||||
| Dп | Dп | 0,654 Dп3 | 3,533 Dп2 | 0,177 Dп | 0,173 Dп | 0,170 Dп | 0,166 Dп | 0,185 Dп |
| l,5 Dп | l,100 Dп3 | 5,070 Dп2 | 0,207 Dп | 0,202 Dп | 0,198 Dп | 0,193 Dп | 0,217 Dп | |
| 2,0Dп | 1,547 Dп3 | 6,610 Dп2 | 0,222 Dп | 0,217 Dп | 0,21 Dп | 0,207 Dп | 0,234 Dп | |
| 2,5 Dп | 2,000 Dп3 | 8,143 Dп2 | 0,233 Dп | 0,227 Dп | 0,22 Dп | 0,217 Dп | 0,246 Dп | |
| 3,0 Dп | 2,440 Dп3 | 9,673 Dп2 | 0,238 Dп | 0,232 Dп | 0,226 Dп | 0,220 Dп | 0,252 Dп | |
| 1,2 Dп | Dп | 0,8 10 Dп3 | 4,163 Dп2 | 0,188 Dп | 0,184 Dп | 0,180 Dп | 0,177 Dп | 0,195 Dп |
| l,5 Dп | l,357 Dп3 | 5.427 Dп2 | 0,239 Dп | 0,233 Dп | 0,228 Dп | 0,224 Dп | 0,250 Dп | |
| 2,0Dп | l,900 Dп3 | 7,167Dп2 | 0,253 Dп | 0,247 Dп | 0,24 Dп | 0,236 Dп | 0,265 Dп | |
| 2,5 Dп | 2,460 Dп3 | 8,900 Dп2 | 0,263 Dп | 0,257 Dп | 0,250 Dп | 0,244 Dп | 0,277 Dп | |
| 3,0 Dп | 3,000 Dп3 | 10,630 Dп2 | 0,268 Dп | 0,262 Dп | 0,256 Dп | 0,249 Dп | 0,282 Dп | |
| l,5 Dп | Dп | l,047 Dп3 | 5,103 Dп2 | 0,199 Dп | 0,196 Dп | 0,193 Dп | 0,190 Dп | 0,205 Dп |
| l,5 Dп | l,743 Dп3 | 6,350 Dп2 | 0,264 Dп | 0,260 Dп | 0,255 Dп | 0,250 Dп | 0,275 Dп | |
| 2 Dп | 2,440 Dп3 | 8,390 Dп2 | 0,279 Dп | 0,274 Dп | 0,268 Dп | 0,263 Dп | 0,292 Dп | |
| 2,5 Dп | 3,140 Dп3 | 10,433 Dп2 | 0,288 Dп | 0,282 Dп | 0,277 Dп | 0,272 Dп | 0,301 Dп | |
| 3,0 Dп | 3,830 Dп3 | 12,453 Dп2 | 0,294 Dп | 0,288 Dп | 0,282 Dп | 0,276 Dп | 0,306 Dп | |
| 1,1 Dп | Dп | 0,735 Dп3 | 3,850 Dп2 | 0,183 Dп | 0,180 Dп | 0,177 Dп | 0,173 Dп | 0,191 Dп |
| 1,5 Dп | l,228 Dп3 | 5,485 Dп2 | 0,214 Dп | 0,209 Dп | 0,205 Dп | 0,201 Dп | 0,224 Dп | |
| 2,0 Dп | l,728 Dп3 | 6,870 Dп2 | 0,237 Dп | 0,233 Dп | 0,228 Dп | 0,223 Dп | 0,252 Dп | |
| l,3 Dп | Dп | 0,890 Dп3 | 4,483 Dп2 | 0,194 Dп | 0,191 Dп | 0,188 Dп | 0,185 Dп | 0,198 Dп |
| l,5 Dп | l,485 Dп3 | 6,318 Dп2 | 0,223 Dп | 0,221 Dп | 0,218 Dп | 0,214 Dп | 0,235 Dп | |
| 2,0 Dп | 2,080 Dп3 | 8,l53 Dп2 | 0,245 Dп | 0,240 Dп | 0,235 Dп | 0,230 Dп | 0,256 Dп | |
| 1,4 Dп | Dп | 0,971 Dп3 | 4,798 Dп2 | 0,197 Dп | 0,194 Dп | 0,190 Dп | 0,187 Dп | 0,202 Dп |
| l,5 | l,617 Dп3 | 6,733 Dп2 | 0,231 Dп | 0,227 Dп | 0,223 Dп | 0,219 Dп | 0,241 Dп | |
| 2,0 Dп | 2,264 Dп3 | 8,668 Dп2 | 0,205 Dп | 0,246 Dп | 0,242 Dп | 0,237 Dп | 0,262 Dп | |
При изготовлении промышленных отливок остаточный перегрев изменяется в зависимости от их геометрической формы и размеров. Экспериментально установлено, что при остаточном перегреве стали значение εз изменяется в достаточно широком диапазоне. В соответствии с этим стало возможным определять ожидаемый относительный объем усадочных раковин и пор в прибыли Vр/Vп путем умножения найденного по номограмме рис. 34 ηтeop , а поправочный коэффициент kv.
Рис. 33 Номограмма для определения размеров полушаровых прибылей в
зависимости от приведенной толщины Rп (цифры у кривых таблица 9)
машиностроении, приведены ниже (заливаемая сталь должна быть перегрета на 50—70 °Q
| Таблица 8 Прибыли без перешейка | ||||||||
| Dп | Dп | 0,866 Dп3 | 4,563 Dп2 | 0,186 Dп | 0,185 Dп | 0,183 Dп | 0,182 Dп | 0,190 Dп |
| l,5 Dп | 1,391 Dп3 | 6,365 Dп2 | 0,213 Dп | 0,210 Dп | 0,207 Dп | 0,205 Dп | 0,219 Dп | |
| 2,0 Dп | l,916 Dп3 | 8,168 Dп2 | 0,227 Dп | 0,223 Dп | 0,220 Dп | 0,217 Dп | 0,235 Dп | |
| 2,5 Dп | 2,441 Dп3 | 9,378 Dп2 | 0,250 Dп | 0,246 Dп | 0,241 Dп | 0,237 Dп | 0,261 Dп | |
| 3,0 Dп | 2,966 Dп3 | 10,773 Dп2 | 0,26 Dп | 0,258 Dп | 0,253 Dп | 0,247 Dп | 0,274 Dп | |
| l,2 Dп | Dп | 1,061 Dп3 | 5,386 Dп2 | 0,195 Dп | 0,193 Dп | 0,192 Dп | 0,190 Dп | 0,197 Dп |
| l,5 Dп | 1,697 Dп3 | 7,400 Dп2 | 0,224 Dп | 0,22 Dп | 0,218 Dп | 0,216 Dп | 0,229 Dп | |
| 2,0 Dп | 2,334 Dп3 | 9,416 Dп2 | 0,241 Dп | 0,237 Dп | 0,233 Dп | 0,230 Dп | 0,248 Dп | |
| 2,5 Dп | 2,996 Dп3 | 11,431 Dп2 | 0,251 Dп | 0,247 Dп | 0,243 Dп | 0,240 Dп | 0,259 Dп | |
| 3,0 Dп | 3,600D3, | 13,446 Dп2 | 0,259 Dп | 0,254 Dп | 0,250 Dп | 0,246 Dп | 0,268 Dп | |
| l,5 Dп | Dп | l,360 Dп3 | 6,503 Dп2 | 0,206 Dп | 0,205 Dп | 0,204 Dп | 0,203 Dп | 0,209 Dп |
| l,5 Dп | 2,176 Dп3 | 8,832 Dп2 | 0,24 Dп | 0,238 Dп | 0,236 Dп | 0,234 Dп | 0,245 Dп | |
| 2,0 Dп | 2,972 Dп3 | 11,160 Dп2 | 0,259 Dп | 0,256 Dп | 0,253 Dп | 0,250 Dп | 0,266 Dп | |
| 2,5 Dп | 3,780 Dп3 | 13,490 Dп2 | 0,280 Dп | 0,276 Dп | 0,272 Dп | 0,268 Dп | 0,281 Dп | |
| 3,0 Dп | 4,585 Dп3 | 15,820 Dп2 | 0,28 Dп | 0,277 Dп | 0,273 Dп | 0,269 Dп | 0,290 Dп | |
| Прибыли с перешейком | ||||||||
| Dп | Dп | 0,799 Dп3 | 4.415 Dп2 | 0,18 Dп | ||||
| 2,0 Dп | l,808 Dп3 | 7,959 Dп2 | — | — | — | — | 0,227 Dп | |
| l,25 Dп | l,030 Dп3 | 5,315 Dп2 | — | 0,194 Dп | ||||
| 2,318 Dп3 | ||||||||
| 2,0 Dп | 9,379 Dп2 | — | — | — | — | 0,247 Dп | ||
Рис. 34. Номограмма для определения размеров открытых прибылей без перешейка (а) и с перешейком (б) в зависимости от приведенной толщины Rп. Цифры у кривых — см. табл. 10
Числовые значения этого коэффициента определяют в зависимости от относительной плотности отливки:
(4.27)
где Gо — масса отливки, кг; Lо, Bо и Hо — соответственно длина, ширина и высота отливки.
Таблица 9
Ориентировочные соотношения основных параметров
полушаровых прибылей
| Номер линии | Нп | Lп | Номер линии | Нп | Lп |
| 1 | Dп | Dп | 12 | 1,2 Dп | l,5 Dп |
| 2 | l,1 Dп | Dп | 13 | 1,3 Dп | 2,0 Dп |
| 3 | 1,2 Dп | Dп | 14 | 1,4 Dп | 2,0 Dп |
| 4 | l,3 Dп | Dп | 15 | 1,2 Dп | 2,0 Dп |
| 5 | 1,4 Dп | Dп | 16 | 1,5 Dп | 1,5 Dп |
| 6 | l,5 Dп | Dп | 17 | 1,2 Dп | 2,1 Dп |
| 7 | Dп | l,5 Dп | 18 | 1,2 Dп | 3,0 Dп |
| 8 | 1,1 Dп | l,5 Dп | 19 | l,5 Dп | 2,0 Dп |
| 9 | Dп | 2,0 Dп | 20 | 1,5 Dп | 2,5 Dп |
| 10 | 1,4 Dп | l,5 Dп | 21 | 1,5 Dп | 3,0 Dп |
| 11 | 1,5 Dп | 1,6 Dп |
Таблица 10
Ориентировочные соотношения основных параметров
открытых прибылей
| Номер линии | Нп | Lп | Номер линии | Нп | Lп |
| 1 | 1,0 Dп | l,0 Dп | 9 | 1,5 Dп | 2,5 Dп |
| 2 | 1,5 Dп | 1,0 Dп | 10 | 1,5 Dп | 3,0 Dп |
| 3 | l,0 Dп | l,5 Dп | 11 | 1,2 Dп | 3,0 Dп |
| 4 | 1,0 Dп | 2,0 Dп | 12 | l,2 Dп | 2,5 Dп |
| 5 | 1,5 Dп | l,5 Dп | 13 | l,25 Dп | 2,0 Dп |
| 6 | l,0 Dп | 2,5 Dп | 14 | l,2 Dп | l,5 Dп |
| 7 | 1,5 Dп | 2,0 Dп | 15 | l,2 Dп | Dп |
| 8 | 1,0 Dп | 3,0 Dп | 16 | 1,25 Dп | Dп |
таблица 11
| Марка стали | 88 |
| 20Л, 25Л, ЗОЛ, 35Л, 10Х18Н9ТЛ | 0,041 |
| 20ХМЛ, 230ХМЛ, 35МЛ, ЗОХГСЛ, 35ХГСЛ | 0,045 |
| 45Л, 55Л, 10Х13Л, 20Х13Л, 40Г2Л, 15Х1М1ФЛ | 0,049 |
| 70ХЛ | 0,054 |
| Х25Н2Л | 0,057 |
| 110Г13Л | 0,067 |
Рассмотренную номограмму используют при проверке соответствия размеров прибылей, определенных любыми методами, требованиям нормального питания стенок отливки. Номограмма разработана для условий полного сосредоточения в прибыли усадочных раковин и пористости при разных соотношениях Vп/Vу Точками 1 зафиксированы значения ηтeop, при которых соответствующие им отношения Vп/Vу определяют минимальные Vп, достаточные для сосредоточения усадочных раковин и пористости в обычных прибылях рациональной геометрической формы. В связи с этим нижние участки кривых относятся к прибылям, скорость охлаждения которых замедляется специальными методами.
Рис. 35. Номограмма для определения ηтeop и ТВГ
Таблица 12
Значения поправочного коэффициента kv
| Перегрев заливаемой стали сверх температуры ликвидуса, °С | kv при относительной плотности отливки, кг/м3 | |
| до 5 | более 5 | |
| 50—70 | 0,86 | 0,92 |
| 0,90 | 0,97 | |
| 100 | 1,05 | 1,10 |
| 1,07 | 1,14 | |
Продолжая расчет прибыли, необходимо определить значение εз для стали, из которой изготовляют отливку, и по номограмме (см. рис. 33) найти значение ηтeop Если ни одна из кривых ηтeop не соответствует принятому значению εз , то можно определить искомую геометрическую точку между близкими по значению εз кривыми ηтeop . Горизонтальная линия, проводимая мысленно от принятого по оси ординат значения Vп/Vу, должна пересечь соответствующую кривую ηтeop выше точки 1. Если линия, проведенная мысленно, пересечет кривую ηтeop ниже точки /, то отношение Vп/Vу должно быть изменено путем увеличения объема прибыли. Для определения относительного объема усадочных раковин в прибыли Vр/Vп рассчитывается значение коэффициента kv и по табл. 46 определяется значение поправочного коэффициента k1 Тогда
Vр/Vп = ηтeop k1 (4.28)
Технологический выход годного литья определяют по номограмме, показанной на рис. 35. Для этого мысленно продлевают параллельно оси абсцисс линию от точки, соответствующей окончательно принятому значению Vп/Vу, до пересечения с кривыми ТВГ. На этих линиях находят точку, соответствующую ранее определенному отношению Vр/Vп , и опускают вниз перпендикуляр до пересечения с осью ТВГ. Если отливка питается не одной прибылью, а несколькими, то при определении ТВГ следует принимать значение Vп/Vу , относящееся к отливке в целом, а отношение Vр/Vп принимать либо по среднему значению для нескольких прибылей, либо по минимальному значению, если оно резко не отличается от среднего значения.
Метод Намюра-Шкленника
Для определения объема прибылей чаще всего используют метод Намюра—Шкленника [11], позволяющий рассчитать объем прибыли практически для любых условий питания отливок:
(4.29)
где m - коэффициент неидентичности температуры металла в отливке и прибыли к моменту завершения заполнения литейной формы; Rэ.т.у - эффективная приведенная толщина теплового узла отливки, м; Y - коэффициент неидентичности конфигурации прибыли и отливки; Z - коэффициент неидентичности условий охлаждения металла в прибыли и отливке;x - безразмерный коэффициент конфигурации прибыли.
Я. И. Шкленник подробно разработал методики определения параметров, входящих в формулу (4.29), в том числе для безразмерных коэффициентов m, x, Y и Z, а также параметров Rэ.т.у и Vпит.
Коэффициент m зависит от типа прибыли (проливные и сливные) и от удаленности прибыли от места подвода металла к отливке. При идентичности (одинаковости) температуры металла в отливке и прибыли m = 1. В проливных прибылях к моменту окончания заполнения полости литейной формы расплав всегда более разогрет, чем металл отливки, поэтому m < 1. С учетом того, что такие прибыли имеют короткую шейку сочленения со стенкой отливки, значение коэффициента m постоянно и m = 0,9. Сливные прибыли, наоборот, заполняются более охлажденным расплавом, чем полости отливок, поэтому m > 1. При этом, чем удаленнее прибыль от питателя, тем сильнее это различие. Степень удаленности оценивают по отношению расстояния между прибылью и ближайшим питателем Lпр-пит к толщине отливки d:
Т а б л и ц а 15
Дата: 2019-02-02, просмотров: 353.
