Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 3.7. Изменение степени газификации для различных скоростей подъема металла в полости формы в зависимости от температуры металла
режимах заливки, которые соответствуют высокой степени газификации, что значительно уменьшает количество внешних дефектов.
Установлено [9], что полная газификация модели за время заливки формы металлом в интервале температур 700-1350 °С происходит при скорости подъема металла в полости формы 0,5 см/с и в интервале 1550-1600 °С — 0,625 см/с. Абсолютная скорость газификации пенополистирола при температуре 700-1350 °С составляет 0,24 г/с, при 1550-1600 °С — 0,3 г/с.
На рис. 3.8 представлены графики изменения относительной и абсолютной газотворности пенополистирола в зависимости от температуры.
Зависимость относительной газотворности пенополистирола от скорости заливки представлена на рис. 3.9.
120
Рис. 3.8. Изменение относительной (7, 2) и абсолютной (3) газотворности пенополистирола в зависимости от температуры
Рис. 3.9. Изменение относительной газотворности пенополистирола в зависимости от скорости подъема металла в полости формы
121
Если известна абсолютная газотворность пенополистирола ?>о, то относительную газотворность q (см3/г) можно определить по формуле
д = 12бп. (3.19)
Кинетику фазовых превращений при термодеструкции пенополистирола при заливке формы металлом можно представить в виде приведенной ниже схемы (рис. 3.10):
Пенополистирол (модель)
Паровая фаза
Газовая фаза
Твердая фаза —
Газовая фаза Жидкая фаза Твердая фаза - і -
г- Паровая фаза Газовая фаза Твердая фаза
- Газовая фаза
*- Твердая фаза
Рис. 3.10. Схема кинетики фазовых превращений при термодеструкции пенополистирола при заливке формы металлом
Процесс термодеструкции модели соответствует закономерности ее газификации и определяется уравнением
(3.20)
Если разделить уравнение (3.20) на уравнение газовыделения (3.16) с учетом <2Ы =—-, где Сш — масса модели, ум — объемная
Ум
плотность модели, то коэффициент Ъ равен:
» = —~- (3-21)
Ум?м Умй)"
Весовое количество модели, которое полностью деструтируется в процессе заливки формы металлом, равно:
С:=умЬ*У\ (3.22)
122
Весовое количество жидкой фазы определяется как разность между исходной массой модели и массой модели, подверженной термодеструкции за время заливки формы металлом:
(}ж = См - См, или СЖ = СМ- ум ЪЕхт. Количество парообразной фазы определяется по формуле
ап = кУп^л (3.23)
где К — отношение между паровой и газовой фазами, определяемое по графикам рис. 3.4. Количество газовой фазы определяется в соответствии с (3.16):
?г = угя^тЛ (3.24)
Количество твердой фазы определяется как разность между массой модели и суммарной массой жидкой, паровой и газовой фаз:
Gm=[yмb-a(Ky„+yT)]Fx¦". (3.25)
На основании уравнений кинетики фазовых превращений построены монограммы термодеструкции модели из пенополистиро-
С т
ла в безразмерных координатах —- и — для температур заливки
алюминиевых сплавов (рис. 3.11, а), чугуна (рис. 3.11, б) и стали (рис. 3.11, в), где С* — масса фазовых составляющих термодеструкции при времени заливки тх; Со — исходная масса модели; То — время полной газификации модели, которое определяется по формуле
т0= —, (3.26)
где Лм — высота модели по ее расположению в форме; Жо — минимальная скорость заливки формы металлом, при которой происходит полная газификация модели.
123
ОхЮ0, г
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
б
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
тх/т0, с
Рис. 3.11. Кинетическая диаграмма фазового состояния продуктов термодеструкции пенополистирола при температурах заливки алюминиевых сплавов, чугуна и стали, °С: а) 700-750; б) 1300-1350; в) 1500-1600 (см. также с. 125)
124
6 вхЮ0,т
о
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
хх1х0, с
Рис. 3.11. Окончание
При назначении скорости заливки формы металлом следует исходить из оптимального соотношения фаз термодеструкции; при этом необходимо учитывать, что жидкая фаза является основным источником образования дефектов на поверхности отливок, особенно из чугуна и стали. В [10] предложен критерий качества отливок Кк:
К = ^<0,01, (3.27)
к ?
м
где ?м — поверхность модели, см2.
3.3. Физическая модель процесса ЛГМ
Анализ процесса термодеструкции модели из пенополистирола под действием тепловой энергии металла дает возможность представить физическую модель процесса ЛГМ следующим образом. При заливке формы металлом между расплавом и моделью образуется зазор 5 (рис. 3.12, а), через который происходит удаление продуктов термодеструкции модели.
125
>ЛМо делю >о
г- V ' мет . Ме галл
..'; Форма •'. I
Рис. 3.12. Варианты физической модели процесса ЛГМ в зависимости от режима заливки формы металлом:
а) Уип< УМаак; б) У^ < УЫшш ; в) Умет < ; г) Умп> У^
Процесс фазовых и химических превращений локализуется на поверхности модели а\ - а{ с образованием газовой, паровой, жидкой и твердой фаз.
В соответствии с принятой физической моделью скорость продвижения фронта превращения модели Ум будет зависеть от теплового потока через зазор 5. Этот поток определяется суммарным количеством тепла </, передаваемым от зеркала металла Ь\ - Ь\, включающим в себя теплопроводность (#м) продуктов термодеструкции и теплоизлучение (<7Л) [11]:
