Особенности заполнения формы крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком
Приведены результаты исследований, раскрывающие характер скоростных режимов заливки крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком. Установлены оптимальные, по скоростным параметрам заливки, пределы применимости литниковой системы с прямым стояком. Наведено рез...
Saved in:
| Published in: | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2013
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132863 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Особенности заполнения формы крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком / А.В. Дудченко, Н.И. Тарасевич, И.Н. Примак // Металл и литье Украины. — 2013. — № 3. — С. 16-20. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-132863 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Дудченко, А.В. Тарасевич, Н.И. Примак, И.Н. 2018-05-13T18:45:35Z 2018-05-13T18:45:35Z 2013 Особенности заполнения формы крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком / А.В. Дудченко, Н.И. Тарасевич, И.Н. Примак // Металл и литье Украины. — 2013. — № 3. — С. 16-20. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132863 621.746.553+621.746.554+519.876.5 Приведены результаты исследований, раскрывающие характер скоростных режимов заливки крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком. Установлены оптимальные, по скоростным параметрам заливки, пределы применимости литниковой системы с прямым стояком. Наведено результати досліджень, які розкривають характер швидкісних режимів заливки з використанням ярусної ливникової системи з прямим стояком при одержанні крупних сталевих виливків. Встановлено оптимальні, відносно швидкісних параметрів заливки, межі використання ливникової системи з прямим стояком. The results of investigations that explore the character of speed rates of large castings pouring in a storied gating system with a direct gate are given. There are defined the optimal by pouring speed limits of feasibility of the gating system with a direct gate. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Особенности заполнения формы крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком Особливості заповнення форми крупного сталевого виливка з використанням ярусної ливникової системи з прямим стояком Pecularities of filling a mold for large steel casting in a storied gating system with a direct gate Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Особенности заполнения формы крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком |
| spellingShingle |
Особенности заполнения формы крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком Дудченко, А.В. Тарасевич, Н.И. Примак, И.Н. |
| title_short |
Особенности заполнения формы крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком |
| title_full |
Особенности заполнения формы крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком |
| title_fullStr |
Особенности заполнения формы крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком |
| title_full_unstemmed |
Особенности заполнения формы крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком |
| title_sort |
особенности заполнения формы крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком |
| author |
Дудченко, А.В. Тарасевич, Н.И. Примак, И.Н. |
| author_facet |
Дудченко, А.В. Тарасевич, Н.И. Примак, И.Н. |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Металл и литье Украины |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Особливості заповнення форми крупного сталевого виливка з використанням ярусної ливникової системи з прямим стояком Pecularities of filling a mold for large steel casting in a storied gating system with a direct gate |
| description |
Приведены результаты исследований, раскрывающие характер скоростных режимов заливки крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком. Установлены оптимальные, по скоростным параметрам заливки, пределы применимости литниковой системы с прямым стояком.
Наведено результати досліджень, які розкривають характер швидкісних режимів заливки з використанням ярусної ливникової системи з прямим стояком при одержанні крупних сталевих виливків. Встановлено оптимальні, відносно швидкісних параметрів заливки, межі використання ливникової системи з прямим стояком.
The results of investigations that explore the character of speed rates of large castings pouring in a storied gating system with a direct gate are given. There are defined the optimal by pouring speed limits of feasibility of the gating system with a direct gate.
|
| issn |
2077-1304 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132863 |
| citation_txt |
Особенности заполнения формы крупной стальной отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком / А.В. Дудченко, Н.И. Тарасевич, И.Н. Примак // Металл и литье Украины. — 2013. — № 3. — С. 16-20. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT dudčenkoav osobennostizapolneniâformykrupnoistalʹnoiotlivkisispolʹzovaniemétažnoilitnikovoisistemysprâmymstoâkom AT tarasevični osobennostizapolneniâformykrupnoistalʹnoiotlivkisispolʹzovaniemétažnoilitnikovoisistemysprâmymstoâkom AT primakin osobennostizapolneniâformykrupnoistalʹnoiotlivkisispolʹzovaniemétažnoilitnikovoisistemysprâmymstoâkom AT dudčenkoav osoblivostízapovnennâformikrupnogostalevogovilivkazvikoristannâmârusnoílivnikovoísistemizprâmimstoâkom AT tarasevični osoblivostízapovnennâformikrupnogostalevogovilivkazvikoristannâmârusnoílivnikovoísistemizprâmimstoâkom AT primakin osoblivostízapovnennâformikrupnogostalevogovilivkazvikoristannâmârusnoílivnikovoísistemizprâmimstoâkom AT dudčenkoav pecularitiesoffillingamoldforlargesteelcastinginastoriedgatingsystemwithadirectgate AT tarasevični pecularitiesoffillingamoldforlargesteelcastinginastoriedgatingsystemwithadirectgate AT primakin pecularitiesoffillingamoldforlargesteelcastinginastoriedgatingsystemwithadirectgate |
| first_indexed |
2025-11-24T02:32:19Z |
| last_indexed |
2025-11-24T02:32:19Z |
| _version_ |
1850840080988504064 |
| fulltext |
16 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (238) ’2013
УДК 621.746.553+621.746.554+519.876.5
Дудченко А. В., Тарасевич Н. И.,* Примак И. Н.*
ПАО «Новокраматорский машиностроительный завод», Краматорск
*Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
Особенности заполнения формы крупной стальной
отливки с использованием этажной литниковой системы
с прямым стояком
Приведены результаты исследований, раскрывающие характер скоростных режимов заливки крупной стальной
отливки с использованием этажной литниковой системы с прямым стояком. Установлены оптимальные, по ско-становлены оптимальные, по ско-
ростным параметрам заливки, пределы применимости литниковой системы с прямым стояком.
Ключевые слова: прямой стояк, литье, крупные отливки, математическое моделирование, гидродинамика
А
нализ современного состояния литейных техно-
логий в области изготовления крупных стальных
отливок единичного производства показывает,
что с целью получения качественного по раз-
мерной точности стального литья с минимальным
содержанием дефектов все более широкое развитие
получает технология скоростной (до 35 и более тонн
в минуту) заливки форм, изготовленных из холодно-
твердеющих смесей (ХТС). При этом масса отливок
достигает 200 и более тонн. Ключевым фактором,
оказывающим влияние на качество отливки, стано-
вится линейная скорость истечения металла из пи-
тателей, которая может привести к размыву участков
формы и стержней, расположенных напротив пита-
теля, и, как следствие, к эрозии, засорам и пригару.
В отечественных литературных источниках ин-
формация об исследованиях скоростной заливки
крупного стального литья носит отрывочный харак-
тер. За рубежом эти данные классифицируются как
ноу-хау и широкой огласке не предаются. За послед- и широкой огласке не предаются. За послед-
ние годы наиболее значимой работой в этой области,
по нашему мнению, следует считать монографию
В. В. Назаратина [1], в которой системно рассмотре-
ны проблемы изготовления крупного стального литья
ответственного назначения. При этом необходимо
заметить, что в вышеупомянутой работе малоизу-
ченными остаются вопросы исследования гидроди-
намических особенностей скоростной заливки, рас-
пределения потоков и теплофизических параметров
скоростного заполнения форм.
При освоении технологического процесса изго-
товления литья с применением ХТС на ПАО «Ново-
краматорский машиностроительный завод» (НКМЗ)
проведен комплекс исследований, направленных на
выявление гидродинамических особенностей работы
литниковых систем различных конструкций и выбор
оптимальной схемы заливки для условий скорост-
ного заполнения форм. Исследования проводили с
использованием метода компьютерного моделирова-
ния в программной среде MagmaSoft 4.4.
В настоящей работе рассматривается заливка
крупных стальных отливок с использованием этаж-
ной литниковой системы с прямым стояком для раз-
личных скоростных режимов заполнения формы.
В качестве оценочных параметров для перечис-
ленных методов заливки использовали качествен-
ные и количественные показатели (распределение
полей скоростей и температур, характер движения
гидравлических потоков и др.) Визуализация проис-
ходящих процессов выполнялась с помощью соот-
ветствующих цветовых шкал, отображающих числен-
ные значения критериев.
Компьютерное моделирование процесса заполне-
ния формы выполняли на опытной отливке «Плита»
с размерами Д×Ш×В: 1500×180×2000 мм при четырех
скоростных режимах поступления металла в форму –
30, 60, 90 и 120 с. Масса жидкого металла отливки
составила 6900 кг.
Подвод металла в отливку осуществляли через
три щелевых питателя конструкции, применяемой на
НКМЗ, расширяющуюся литниковую систему и при
постоянном значении расхода на протяжении все-
го периода заливки. Для более достоверной оценки
значений скорости металла в отдельных точках лит-
никовой системы и формы установили виртуальные
датчики согласно схеме на рис. 1. Расходные харак-
теристики литниковой системы приведены в табл. 1.
На рис. 2 представлена гидродинамика жидко-
го металла при заполнении формы на 10, 30, 60 и
100 % при различной скорости заливки. При залив-
ке в течение 120 с скорость заполнения формы не-
большая. 10 % объема заполнено за счет поступле-
ния металла из нижнего стояка. У противоположной
стенки из-за погашения линейной скорости металла
имеет место повышение мениска металла относи-
тельно его зеркала со стороны стояка. Увеличение
скорости заливки приводит к возрастанию скорости
ударной волны у противоположной стенки. Свобод-
ная поверхность металла приобретает параболиче-
скую форму. Снижение времени заливки ниже 90 с
приводит к тому, что металл поступает в форму (вклю-
чая начальную стадию заливки) через нижний и сред-
ний питатели.
В пристеночной области наблюдаем повышение
скорости, свободная поверхность металла приоб-
ретает волнообразный характер, чему способству-
ет как обратная волна, так и струя металла, посту-
пающего из среднего питателя. Налицо повышение
17МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (238) ’2013
турбулентности жидкого металла при сокращении
времени заливки. Анализ полей скоростей показы-
вает, что заполнение формы происходит за счет по-
ступления металла из нижнего и среднего питателя.
В проведенных исследованиях питатель 3-го яру-
са литниковой системы при всех 4-х скоростях за-
ливки практически не функционирует. Скорость пере-
текания металла из отливки обратно в литниковую
систему достигает 0,7-0,9 м/с. Продолжительность
работы питателя верхнего яруса не превышает не-
скольких секунд перед окончанием заполнения фор-
мы. Порция металла, поступившая за этот отрезок
времени, вовлекается во вращательное движение
и попадает не в прибыльную часть отливки, а в ее
центр. С начала заливки по мере формирования
области вращательно движущихся потоков металл
из питателей второго и третьего ярусов литниковой
системы поступает под эту область, опускается до
уровня первого яруса и лишь затем поднимается в
верхнюю часть отливки.
Необходимо отметить наличие явления циркуля-
ции металла в пределах отдельно взятого питателя
с горизонтальным участком литникового хода. При
определенных режимах работы литниковой систе-
мы течение металла через питатель полностью пре-
кращается. Это явление фиксировалось при разной
массовой скорости заливки и имело различную про-
должительность. Остановка потока металла, видимо,
возникает при равных значениях относительной ско-
рости протекания металла вдоль выходного отвер-
стия питателя и в стояке.
Степень наполненности прямого стояка напрямую
зависит от скорости заполнения формы и повышается
с сокращением ее продолжительности. В описывае-
мом типе литниковой системы отмечена высокая ско-
рость потока из питателей 1-го и 2-го ярусов. В ряде
случаев на выходе из питателя скорость металла до-
стигает высоких значений (для питателя первого яру-
са – 4,8-3,0, второго яруса – 2,9-1,2 м/с). При этом на
входе в литниковую систему величина скорости со-
ставляет около 2,4 м/с.
Вырождение поступательно движущегося в фор-
ме потока металла из питателей происходит с разной
интенсивностью. При наиболее быстром заполнении
отливки, когда энергии потока из второго питателя до-
статочно для преодоления вихревой зоны, расстояние
затухания нестабильно и составляет 1400-750 мм, в
остальных случаях – 1400 мм. В условиях данного
эксперимента величина разупрочнения поверхно-
сти формы не определялась. Но правомерно будет
предположить, что металл оказывает наибольшее
эрозионное воздействие на формовочную смесь на
противоположной от питателей стенке формы (в об-
ласти между первым и вторым питателями), а также
в районе подвижной зоны вихреобразования в цен-
тральной части отливки, так как в этих местах на-
блюдается наибольшая скорость движения потоков
металла.
При помощи шкал «Age» (время существования
пробной частцы, с) и «Length» (длина пробега части-
цы) критерия «Tracers» установлено (рис. 3), что при
движении металла в форме и литниковой системе
для указанной схемы заливки характерна наиболь-
шая длина пути пробега элементарных объемов ме-
талла, поступающего в форму. Многократно перете-
кая из формы в литниковую систему и обратно, ме-
талл, во-первых, снижает пропускную способность
самой литниковой системы, во-вторых, может вто-
рично окисляться и насыщаться газами. С момента
достижения уровня питателя 3-го яруса и выше про-
исходит интенсивный захват металла из области сво-
бодной поверхности (с «зеркала»). Затем этот металл
рассредоточивается по всему объему отливки с лока-
лизацией значительной его части в центральной зоне
вращательно движущихся потоков. Основная часть
металла, находящегося в прибыли, поступает из ков-
ша в полость формы в начальные периоды заливки
и, следовательно, имеет более низкую температуру
(≈ на 10 °С). Захватываемый в литниковую систему
металл распределяется по всей высоте стояка, до-
стигая его верхней точки, что отчетливо видно по по-
казаниям сразу двух критериев – «Flow» и «Tracers»
(рис. 3). Из-за увеличения динамики потоков при сни-
жении продолжительности заливки значительно воз-
растает площадь свободной поверхности металла.
Таблица 1
Изменение расходных характеристик заливки
Время
заливки τ, с
Скорость
заливки, кг/с
Скорость подъема
металла в форме, мм/с
30 230 108
60 115 54
90 77 35
120 57 27
Схема расположения виртуальных датчиков при модели-
ровании заполнения формы
Рис. 1.
S = 180 мм
18 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (238) ’2013
30 60 90 120
Продолжительность заполнения формы, с
Поле скоростей при разном уровне заполнения формы Рис. 2.
За
по
лн
ен
ие
ф
ор
м
ы
, %
К числу характерных особенностей, присущих
данному типу литниковой системы, которые были
выявлены при проведении компьютерного модели-
рования, следует отнести: высокую динамику струи
металла, истекающего из питателя нижнего яруса, и
непрекращающуюся работу этого питателя в течение
всего периода заливки; преждевременное включение
и постепенное увеличение интенсивности работы пи-
тателя второго яруса с повышением скорости залив-
ки; инжекцию металла через питатели верхних яру-
сов. Указанные явления относятся к отрицательным,
так как их следствием могут стать размытие формы
или стержней, захват движущимся потоком металла
воздуха и различного рода неметаллических включе-
ний (НВ), создание неблагоприятного теплового ба-
ланса отливки [2, 3].
Исходя из полученных экспериментальных дан-
ных, можно заключить, что указанный тип литниковой
системы вполне приемлем для заполнения формы со
скоростью подъема металла не более 10-15 мм/с и не
может быть рекомендован для скоростной заливки.
Он не обеспечивает возможности получения отливки
с высокими требованиями к внутреннему качеству по
причине поступления металла из питателей первого и
10
10
10
100
19МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (238) ’2013
Поле траекторий движения пробных частиц при различном уровне заполнения формыРис. 3.
30 60 90 120
Продолжительность заполнения формы, с
За
по
лн
ен
ие
ф
ор
м
ы
, %
10
30
55
100
второго ярусов в нижнюю часть формы, что снижает
направленность теплового градиента (способствует
разогреву нижних ее частей). Такая ситуация может
привести к образованию газоусадочных дефектов в
местах вихреобразования. Ранний выброс металла
питателем второго яруса в случае кристаллизации
может инициировать прекращение работы питателя,
увеличить количество НВ в отливке.
Поэтому без усовершенствования литниковой си-
стемы с прямым стояком путем внесения в ее кон-
струкцию определенных изменений или дополни-
тельных устройств не представляется возможным
добиться результатов, удовлетворяющих современ-
ным требованиям качества.
В результате проведенных исследований удалось
установить оптимальные, по скоростным параме-
трам заливки, пределы применимости литниковой
системы с прямым стояком.
20 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (238) ’2013
1. Назаратин В. В. Технология изготовления стальных отливок ответственного назначения. – М.: Машиностроение,
2006. – 234 с.
2. Василевский П. Ф. Технология стального литья. – М.: Машиностроение, 1974. – 408 с.
3. Голод В. М., Денисов В. А. Теория, компьютерный анализ и технология стального литья. – СПб.: ИПЦ СПГУТД,
2007. – 610 с.
ЛИТЕРАТУРА
Ключові слова прямий стояк, лиття, великі виливки, математичне моделювання, гідродинаміка
Dudchenko A. B., Tarasevich N. I., Prymak I. N.
Pecularities of filling a mold for large steel casting in a storied gating system
with a direct gate
Summary
The results of investigations that explore the character of speed rates of large castings pouring in a storied gating system
with a direct gate are given. There are defined the optimal by pouring speed limits of feasibility of the gating system with a
direct gate.
direct gate, founding, large castings, mathematical modeling, hydrodynamicsKeywords
Поступила 05.03.13
Дудченко А. В., Тарасевич М. І., Примак І. М.
Особливості заповнення форми крупного сталевого виливка
з використанням ярусної ливникової системи з прямим стояком
Анотація
Наведено результати досліджень, які розкривають характер швидкісних режимів заливки з використанням ярусної
ливникової системи з прямим стояком при одержанні крупних сталевих виливків. Встановлено оптимальні, відносно
швидкісних параметрів заливки, межі використання ливникової системи з прямим стояком.
Редакция «Металл и литье Украины»
может подготовить заказной номер журнала
Ориентировочная стоимость заказного номера – 6750 грн.
(объем до 5 уч.-изд. л.)
Ориентировочная стоимость заказного спаренного номера – 13000 грн.
(объем до 10 уч.-изд. л.)
|