Некоторые гидродинамические особенности технологии литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным регулируемым давлением
Проанализированы условия захвата и вовлечения в полость литейной формы частиц огнеупорной футеровки. Показано, что заполнение расплавом формы на этапе существования гидродинамического режима движения расплава в камере сразу же после заполнения камеры выжимания расплавом способствует более качественн...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49875 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Некоторые гидродинамические особенности технологии литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным регулируемым давлением / О.А. Яковышин // Металл и литье Украины. — 2010. — № 3. — С. 26-29. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860081836244336640 |
|---|---|
| author | Яковышин, О.А. |
| author_facet | Яковышин, О.А. |
| citation_txt | Некоторые гидродинамические особенности технологии литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным регулируемым давлением / О.А. Яковышин // Металл и литье Украины. — 2010. — № 3. — С. 26-29. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Металл и литье Украины |
| description | Проанализированы условия захвата и вовлечения в полость литейной формы частиц огнеупорной футеровки. Показано, что заполнение расплавом формы на этапе существования гидродинамического режима движения расплава в камере сразу же после заполнения камеры выжимания расплавом способствует более качественному затягиванию НВ к центру вихря по сравнению с режимом с развитым конвективным перемещением металла.
Проаналізовано умови захоплення і внесення в порожнину ливарної форми часточок вогнетривкої футерівки. Показано, що заповнення розплавом форми на етапі існування гідродинамічного режиму руху розплаву в камері одразу ж після заповнення камери видавлювання розплавом сприяє більш якісному затягуванню НВ до центру вихора в порівнянні з режимом із розвиненим конвективним переміщенням металу.
The conditions of capture and involving in a cavity of the mold of particles refractory lining are analysed. Is shown, that the filling fusion of the mold at a stage of existence of a hydrodynamical mode of movement fusion in the chamber at once after filling the chamber squeezing fusion promotes better a tightening nonmetallic inclusion to the centre of a whirlwind, in comparison with a mode with advanced convective by moving of metal.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:17:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
26 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 ’2010
УДК 621.74.043.2
О. А. Яковышин
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
Некоторые гидродинамические особенности технологии
литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным
регулируемым давлением
Проанализированы условия захвата и вовлечения в полость литейной формы частиц огнеупорной футеровки.
Показано, что заполнение расплавом формы на этапе существования гидродинамического режима движения
расплава в камере сразу же после заполнения камеры выжимания расплавом способствует более качественному
затягиванию НВ к центру вихря по сравнению с режимом с развитым конвективным перемещением металла.
Ключевые слова: литье выжиманием, неметаллические включения, конвекция, циркуляция
Применение процесса литья по газифицируемым
моделям (ЛГМ) с одновременным использова-
нием преимуществ технологической схемы ли-
тья выжиманием с кристаллизацией под дав-
лением (ЛВКД) позволяет существенно расширить
возможности получения качественных отливок с вы-
сокими физико-механическими свойствами. Сущ-
ность способа и его основные особенности рассмот-
рены в многочисленных публикациях [1-17]. Анализ
литературных источников позволяет сделать вывод
о значительном комплексе проведенных исследова-
ний в данном направлении, в частности, по изучению
скорости подъема расплава в форме, влиянию изме-
нения величины давления на качество получаемой
отливки, определению механизма теплосилового
взаимодействия расплава с ГМ и т. д. ЛВКД присуща
одна из отличительных особенностей, заключающа-
яся в необходимости обеспечения заполнения фор-
мы металлом беззазорным перемещением футеро-
ванного пуансона контейнера в камере выжимания.
При этом основная часть смятой огнеупорной мас-
сы под действием архимедовой силы оказывается на
поверхности расплава, ограниченной от попадания в
литниковый ход защитным кольцом. В то же время,
отдельные неметаллические включения футеровки
камеры выжимания могут быть захвачены потоком
расплава и вовлечены в полость формы.
Проанализируем характер гидродинамических
процессов в камере выжимания с позиции механиз-
ма взаимодействия неметаллических включений
(НВ) смятой огнеупорной футеровки и расплава. С
момента поступления расплава в камеру выжимания
и до начала его поступления в форму возможно раз-
витие двух основных гидродинамических режимов
движения расплава в камере.
1. Струя расплава из ковша поступает по оси ка-
меры выжимания на ее дно, где с течением време-
ни начинает распространяться в виде затопленной
струи. Формирование обратного движения распла-
ва способствует образованию макровихрей (рис. 1).
При этом, исходя из [18], окружная скорость враще-
ния ϑ вихря подчиняется зависимости
ϑ = ω r, (1)
где ω – угловая скорость вращения, рад/с; r –
радиус вихря, м.
С момента начала выжимания расплава в форму
в центральной области камеры выжимания форми-
руется интенсивная струя расплава, направленная
вверх. Эту струю можно считать затопленной, так как
она распространяется в среде той же плотности и не
контактирует с твердыми поверхностями. Исходя из
уравнения расхода для несжимаемой жидкости, на
базе схематичного изображения процесса выжима-
ния расплава в форму запишем
ϑ1S1= ϑ2S2= ϑ3S3 = const, (2)
где ϑ1, ϑ2, ϑ3 – скорости опускания подвижной тра-
версы установки, движения расплава в литниковой
системе и форме соответственно; S1, S2, S3 – пло-
Схематическое изображение вихреобразования
в объеме камеры выжимания после заполнения
ее расплавом
Рис. 1.
27МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 ’2010
щади поперечных сечений камеры выжимания, лит-
никового хода и формы.
Ввиду того, что значение S3 для каждой отливки
определено, а ϑ3 рассчитывается, исходя из техно-
логических рекомендаций, произведение ϑ3S3 есть
величина известная. Предварительно установив не-
обходимое количество металла для заливки и рас-
считав геометрические размеры (в том числе и S1)
камеры выжимания по минимуму тепловых потерь
[19, 20], определение ϑ1 не представляет собой
каких-либо трудностей. Следовательно,
2
11
2 S
Sϑϑ = . (3)
При распространении затопленной струи и фор-
мировании проточной зоны струйного течения од-
новременно происходит захват массы расплава из
окружающих ее объемов металла, что способству-
ет затуханию обратных циркуляционных потоков в
камере выжимания, обусловленных макровихрями.
Таким образом, формула определения скорости ϑЧ1
расплава, воздействующего на частицу смятого ог-
неупора камеры выжимания, имеет вид
.
2
11
Ч1 r
S
S
ω−
ϑ
=ϑ (4)
2. Сформировано конвективное движение распла-
ва к моменту начала выжимания расплава в камере
выжимания (рис. 2). Поскольку расплав имеет темпе-
ратуру, значительно превосходящую температуру ка-
меры, вдоль ее стенок возникают конвективные то-
ки. Горячий расплав, контактируя с холодной поверх-
ностью, отдает часть запасенной тепловой энергии
с одновременным увеличением плотности погранич-
ного слоя. Охлажденные слои расплава вытесняют
более горячие, в результате чего формируется кон-
вективное движение жидкости вследствие разности
ее плотностей в пристеночной области и в централь-
ной части объема. В этом случае максимальную ско-
рость конвективного потока ϑmax можно определить
из уравнения [21]
, (5)
где g – ускорение свободного падения, м/с2; β – ко-
эффициент объемного расширения жидкости, оС-1;
∆T – разность температур камеры выжимания и рас-
плава, оС.
Следовательно, учитывая направление враще-
ния конвективных потоков и вектор направления
струи заполнения формы, для расчета Ч2ϑ распла-
ва, воздействующего на частицу смятого огнеупора,
запишем выражение
1 1
Ч2 max
2
S
S
ϑ
ϑ = + ϑ . (6)
Для аналитического представления стационарно-
го течения несжимаемой невязкой жидкости по труб-
ке тока воспользуемся уравнением Бернулли
2
const,
2
p gh ρϑ
+ ρ + = (7)
где p – атмосферное давление, Н/м2; r – плотность
заливаемого расплава, кг/м3; h – высота столба
расплава, м; ϑ – модуль скорости течения расплава
в сечении трубки тока, находящегося на высоте h от
условно выбранного уровня, м/с.
Формулу для расчета давления на линии тока с
радиусом r можно получить из работы [18] на осно-
вании приведенных в ней зависимостей
2
2const ,
2
cp gh
r
ρ
= − ρ − (8)
где c – постоянная.
Тогда для величин давлений, действующих на час-
тицу огнеупора в условиях существования потоков
со скоростями ϑЧ1 и ϑЧ2 выражение (8) преобразует-
ся в выражения
Анализируя уравнения (8), (9), (10), можно сде-
лать следующие заключения: уменьшение радиуса
r линии тока влечет за собой увеличение окружной
скорости движения расплава с одновременным сни-
жением значений p1 и p2, то есть наблюдается сни-
жение величин давлений от периферии вихря, что
Рис. 2. Схематическое изображение развития конвек-
тивных потоков в камере выжимания
max 2g h Tϑ = β ∆
2
1 1
2
1
ρ
const
2
S r
S
p gh
ϑ
− ω
= − ρ − ; (9)
(10)
2
1 1
max
2
2 const .
2
S
S
p gh
ϑ
ρ + ϑ
= − ρ −
28 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 ’2010
способствует продвижению частиц смятой футеров-
ки к его центру. Ввиду того, что скоростной (дина-
мический) напор в уравнении (10) превышает соот-
ветствующую величину в уравнении (9), справедли-
во следующее неравенство р1 > р2. Таким образом,
заполнение расплавом формы на этапе существова-
ния гидродинамического режима движения распла-
ва в камере по п. 1 способствует более качествен-
ному затягиванию НВ к центру вихря (по сравнению
с режимом движения по п. 2). Увеличение ϑ2 при со-
хранении скорости движения расплава в форме на
прежнем уровне возможно при уменьшении площа-
ди проходного сечения литника, что влечет за собой
рост как р1, так и р2 . В то же время один из техно-
логических этапов ЛВКД предполагает создание из-
быточного давления на металл после окончания за-
ливки. С повышением величины приложенного дав-
ления, увеличения объема пресс-остатка и диаметра
литникового хода улучшается фильтрация жидкой
фазы сквозь сетку растущих кристаллов. Очевид-
но, что в таком случае организация подпитки отлив-
ки будет сопряжена с повышением расхода металла.
Увеличение диаметра литникового хода, кроме того,
приводит к уменьшению циркуляционной составля-
ющей в уравнениях (9), (10), что неизменно повлечет
за собой увеличение поступления НВ в полость фор-
мы. В этом случае при выборе литникового хода нуж-
но исходить из соображений обеспечения качествен-
ной подпитки отливки с одновременным соблюдени-
ем условия минимизации его диаметра.
Выводы
В результате проведенного теоретического ана-
лиза гидродинамической обстановки в полости ка-
меры выжимания установки ЛВКД установлено, что
заполнение расплавом формы на этапе существо-
вания гидродинамического режима движения рас-
плава в камере сразу же после заполнения каме-
ры выжимания расплавом способствует более ка-
чественному затягиванию НВ к центру вихря (по
сравнению с режимом с развитым конвективным пе-
ремещением метала). Увеличение диаметра литни-
кового хода приводит к уменьшению циркуляцион-
ной составляющей в представленных аналитиче-
ских зависимостях, в результате чего повышается
вероятность поступления НВ в полость формы. При
выборе литникового хода нужно исходить из сооб-
ражений обеспечения качественной подпитки от-
ливки с одновременным соблюдением условия ми-
нимизации его диаметра.
ЛИТЕРАТУРА
Караник Ю. А.1. Ресурсо- и энергосбережение в машиностроении и металлургии. – Новосибирск: Изд. НГТУ, 2008. – 256 с.
Караник Ю. А.2. Литье выжиманием с кристаллизацией под давлением // Литейн. пр-во. – 1990. – № 6. – С. 15-16.
О технологии литья с кристаллизацией под давлением (ЛКД) / Ю. А. Караник, В. А. Кузнецов, Н. М. Чернов, А. Н. Че-3.
репанов // Там же. – 2003. – № 11 – С. 42.
Караник Ю. А.4. Совершенствование способа литья выжиманием с кристаллизацией под давлением // Там же. – 2003.
– № 12 – С. 26.
Шинский О. И. 5. Технология и оборудование для литья железоуглеродистых и цветных сплавов по газифицируемым
моделям под высоким регулируемым давлением // Металл и литье Украины. – 1997. – № 1. – С. 25-28.
Шинский О. И., Бех Н. И., Шинский И. О.6. Технологический процесс получения литых заготовок коленвалов автомо-
билей КамАЗ по газифицируемым моделям с кристаллизацией металла под давлением // Там же. – 1994. – № 11-12.
– С. 16-19.
Шинский О. И.7. Газогидродинамика и технологии литья железоуглеродистых и цветных сплавов по газифицируемым
моделям. Дис. … д-ра техн. наук. – Киев, 1997. – 481 с.
Караник Ю. А.8. Новые ресурсосберегающие технологии литья точных заготовок изделий машиностроения // Литейн.
пр-во. – 2004. – № 2. – С. 23.
Пат. 630030 СССР, МПК B22D 27/12. Устройство для получения отливок / Ю. А. Караник – Опубл. 30.10.78, Бюл. № 40.9.
Пат.2025206 Россия, МПК B22D 18/00. Линия для получения отливок методом литья выжиманием с кристаллизацией 10.
под давлением / Ю. А. Караник. – Опубл. 30.12.94, Бюл. № 24.
Шинский О. И., Шульга В. Т., Вишнякова Л. П.11. и др. Технология получения гидроплотных отливок из нержавеющих
сталей по газифицируемым моделям с кристаллизацией под давлением // Плавка и рафинирование литейных спла-
вов. – Киев: ИПЛ АН УССР, 1990. – С. 128-131.
Шинский О. И.12. Особенности формирования поверхностей отливок при литье по газифицируемым моделям с кристал-
лизацией металла под давлением // Там же. – Киев: ИПЛ АН УССР, 1990. – С. 125-128.
Шинский О. И., Злубко В. А.13. Газовый режим и особенности заполнения формы с газифицируемой моделью под низким
и высоким давлениями // Литье с применением давления. – Киев: ИПЛ АН Украины, 1991. – С. 145-156.
Караник Ю. А.14. Новые ресурсосберегающие технологии литья точных заготовок // Литейщик России. – 2003. – № 12.
– С. 29-32.
Караник Ю. А.15. Способ получения отливок со свойствами на уровне поковок и проката // Литейн. пр-во. – 2006. – № 10.
– С. 25-28.
Караник Ю. А.16. Особенности изготовления отливок способом литья выжиманием с кристаллизацией под давлением в
постоянных и разовых формах // Литейщик России. – 2007. – № 3. – С. 37-40.
Караник Ю. А.17. Снижение металло- и энергопотребления при производстве деталей машин и механизмов // Литье
Украины. – 2007. – № 5. – С. 23-29.
Рабинович Б. В.18. Введение в литейную гидравлику. – М.: Машиностроение, 1966. – 423 с.
Найдек В. Л., Русаков П. В., Шинский О. И.19. Индукционно-тигельные среднечастотные печи. Энергетическая стратегия
конструктивно-технологической оптимизации // Процессы литья. – 2007. – № 6. – С. 24-28.
Яковышин О. А. 20. Теплофизические особенности установки литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным
регулируемым давлением // Металл и литье Украины. – 2009. – № 4-5. – С. 42-48.
Ефимов В. А. 21. Разливка и кристаллизация стали. – М.: Металлургия, 1976. – 552 с.
29МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 ’2010
Анотація
Яковишин О. А.
Деякі гідродинамічні особливості технології лиття видавлюванням із
кристалізацією під надлишковим регульованим тиском
Ключові слова лиття видавлюванням, неметалеві вкраплення, конвекція, циркуляція
Summary
The conditions of capture and involving in a cavity of the mold of particles refractory lining are analysed. Is shown, that the filling
fusion of the mold at a stage of existence of a hydrodynamical mode of movement fusion in the chamber at once after filling the
chamber squeezing fusion promotes better a tightening nonmetallic inclusion to the centre of a whirlwind, in comparison with a
mode with advanced convective by moving of metal.
Keywords
УДК 621.747:625.155
В. А. Болюх, И. О. Шинский
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
Технологические особенности получения отливок
транспортной тележки грузовых вагонов
Рассмотрен дефицит вагонного литья, а также проблемы получения качественных стальных отливок тран-
спортной тележки грузовых вагонов. Экономическими показателями доказана эффективность использования
технологии литья по газифицируемым моделям при производстве точных отливок железнодорожной группы.
Ключевые слова: рама боковая, балка надрессорная, литье по газифицируемым моделям
В период мирового кризиса для металлургии и ли-
тейного производства Украины, как никогда, стал
вопрос о снижении себестоимости и повышении
качества выпускаемой продукции.
В последнее время на постсоветском простран-
стве наблюдается рост железнодорожных перево-
зок. Вместе с тем, в отрасли существует ряд серьез-
ных проблем, связанных с дефицитом грузовых ваго-
нов, поскольку металлургические заводы этих стран
не могут быстро нарастить свои мощности [1].
Основным критерием установления возможно-
сти продления срока службы литых деталей тележек
грузовых вагонов является наличие у них остаточно-
го ресурса (или возможности его возобновления), ко-
торый оценивается проведением диагностирования
(дефектоскопирования). Для продления срока служ-
бы отбирают боковые рамы и надрессорные бал-
ки, срок службы которых на момент проведения ра-
бот составляет 30 лет и более, но не более 35-ти лет
включительно. Максимальный срок службы литых де-
талей тележек модели 18-100, подвергавшихся прод-
лению срока службы составляет 37 лет [2], а так как
большая часть эксплуатирующихся грузовых вагонов
на территории стран СНГ выпущена в 1975-1980 гг.
Проаналізовано умови захоплення і внесення в порожнину ливарної форми часточок вогнетривкої футерівки. Показано,
що заповнення розплавом форми на етапі існування гідродинамічного режиму руху розплаву в камері одразу ж після
заповнення камери видавлювання розплавом сприяє більш якісному затягуванню НВ до центру вихора в порівнянні з
режимом із розвиненим конвективним переміщенням металу.
Iakovyshyn O.
Some hydrodynamical features of casting by squeezing with crystallization
under superfluous adjustable pressure
сasting by squeezing, non-metallic inclusions, convection, circulation
Поступила 17.11.09
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49875 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2077-1304 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:17:07Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Яковышин, О.А. 2013-09-29T12:12:48Z 2013-09-29T12:12:48Z 2010 Некоторые гидродинамические особенности технологии литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным регулируемым давлением / О.А. Яковышин // Металл и литье Украины. — 2010. — № 3. — С. 26-29. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49875 621.74.043.2 Проанализированы условия захвата и вовлечения в полость литейной формы частиц огнеупорной футеровки. Показано, что заполнение расплавом формы на этапе существования гидродинамического режима движения расплава в камере сразу же после заполнения камеры выжимания расплавом способствует более качественному затягиванию НВ к центру вихря по сравнению с режимом с развитым конвективным перемещением металла. Проаналізовано умови захоплення і внесення в порожнину ливарної форми часточок вогнетривкої футерівки. Показано, що заповнення розплавом форми на етапі існування гідродинамічного режиму руху розплаву в камері одразу ж після заповнення камери видавлювання розплавом сприяє більш якісному затягуванню НВ до центру вихора в порівнянні з режимом із розвиненим конвективним переміщенням металу. The conditions of capture and involving in a cavity of the mold of particles refractory lining are analysed. Is shown, that the filling fusion of the mold at a stage of existence of a hydrodynamical mode of movement fusion in the chamber at once after filling the chamber squeezing fusion promotes better a tightening nonmetallic inclusion to the centre of a whirlwind, in comparison with a mode with advanced convective by moving of metal. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Некоторые гидродинамические особенности технологии литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным регулируемым давлением Деякі гідродинамічні особливості технології лиття видавлюванням із кристалізацією під надлишковим регульованим тиском Some hydrodynamical features of casting by squeezing with crystallization under superfluous adjustable pressure Article published earlier |
| spellingShingle | Некоторые гидродинамические особенности технологии литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным регулируемым давлением Яковышин, О.А. |
| title | Некоторые гидродинамические особенности технологии литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным регулируемым давлением |
| title_alt | Деякі гідродинамічні особливості технології лиття видавлюванням із кристалізацією під надлишковим регульованим тиском Some hydrodynamical features of casting by squeezing with crystallization under superfluous adjustable pressure |
| title_full | Некоторые гидродинамические особенности технологии литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным регулируемым давлением |
| title_fullStr | Некоторые гидродинамические особенности технологии литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным регулируемым давлением |
| title_full_unstemmed | Некоторые гидродинамические особенности технологии литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным регулируемым давлением |
| title_short | Некоторые гидродинамические особенности технологии литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным регулируемым давлением |
| title_sort | некоторые гидродинамические особенности технологии литья выжиманием с кристаллизацией под избыточным регулируемым давлением |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49875 |
| work_keys_str_mv | AT âkovyšinoa nekotoryegidrodinamičeskieosobennostitehnologiilitʹâvyžimaniemskristallizacieipodizbytočnymreguliruemymdavleniem AT âkovyšinoa deâkígídrodinamíčníosoblivostítehnologíílittâvidavlûvannâmízkristalízacíêûpídnadliškovimregulʹovanimtiskom AT âkovyšinoa somehydrodynamicalfeaturesofcastingbysqueezingwithcrystallizationundersuperfluousadjustablepressure |