» » Современные теории о впуске металла
23.04.2015

Первой значительной работой, посвященной вопросу впуска, является работа Л. Фроммера, построенная на приложении законов гидродинамики к явлениям, имеющим место в процессе литья под давлением.
В теории Фроммера (1-й вид впуска) жидкий металл рассматривается как идеальная жидкость, которая течет при постоянном давлении из прямоугольного отверстия сечением f, заполняя форму прямоугольного сечения F, причем условно пренебрегается сопротивлением трения и вязкостью жидкого металла.
При этом по теории Фроммера следует, что:
1) струя сохраняет свое первоначальное направление, а также поперечное сечение, сообщенное ей сечением впускного литника и при f/F меньше, чем 1/4 проходит через полость формы, не меняя ни направления, ни своего сечения до тех пор, стока она не ударится в противоположную стенку полости, после чего она меняет свое направление (фиг. 14);
2) по мере того как металл накопляется, в заднем конце полости происходят завихрения, способствующие поглощению и удерживанию впущенного металла, в результате чего полость быстро заполняется в направлении от заднего конца к переднему;
3) в течение первой части периода заполнения движение тем более беспорядочно, чем больше скорость металла и отношение f/F;
4) когда в заднем конце полости формы накапливается достаточное количество металла, то вновь поступающий металл частично идет на заполнение поперечного сечения полости формы, а частично растекается по стенкам формы в направлении к ее переднему концу.
Современные теории о впуске металла

Данная теория проверялась на отливках прямоугольной конфигурации, имеющих щелевой впускной литник. Более сложные формы согласно этой теории рассматриваются как составленные из слоев правильной геометрической формы, которые последовательно заполняются.
В теории Фроммера в дальнейшем учитывается также трение о стенки и вязкость жидкого металла, что, по мнению автора, влияет на скорость движения потока, однако не изменяет характер заполнения.
Брандт на основании проведенной исследовательской работы опровергает теорию Фроммера.
Опыты Брандта (2-й вид впуска) проводились в производственных формах, имеющих рабочую полость различной конфигурации и впускные литники с наименьшей толщиной в 0,5 мм и наибольшей в 3,2 мм. Большинство испытаний было проведено при толщине впускного литника от 1 до 2 мм. Отношение толщины впускного литника к толщине стенок отливки находилось в пределах от 0,1 до 0,6.
Изучение условий впуска и поведения металла в форме в процессе ее заполнения производилось с помощью аппарата, в котором электрическая цепь замыкалась самим металлом при его прохождении через форму.
Опыты при помощи этого аппарата показали, что струя жидкого металла, поступая из питателей в полость формы, не сохраняет того сечения, которое она приобрела в питателе, а расширяется до тех пор, пока она соприкоснется со стенками литейной формы (фиг. 15). Затем металл продолжает прямолинейно течь струей, имеющей ширину, определяемую стенками формы, пока он не достигнет самых отдаленных точек полости формы.
Современные теории о впуске металла

После того как металл достиг конца полости формы, последующие порции металла заполняют части полости формы, не заполненные первой струей металла полости формы.
Такое представление опровергает теорию Фроммера, что литейная форма, имеющая соотношение f/F меньше, чем 1/4, должна заполняться от заднего к переднему концу в направлении, противоположном поступлению металла. В данном случае полость формы заполнялась начиная с переднего конца по направлению к заднему концу, а движение металла заканчивалось в одно и то же время по всей плоскости и в литнике.
Ни в одном из проведенных опытов не было обнаружено накопления металла в конце полости, наиболее отдаленном от литника.
Сравнивая результаты, полученные при этих опытах с выводами теории Фроммера, приходим к выводу, что основные положения теории не подтверждаются, так как те отливки, которые имели незаполнение металлом в самых отдаленных местах, были заполнены в частях, прилегающих к впускному литнику. He подтвердилось также положение Фроммера, что сложные отливки можно рассматривать как состоящие из ряда плоских последовательно заполняемых пластин прямоугольной формы.
Испытания показали, что отливки, у которых f/F меньше, чем 1/3, оказались такими же доброкачественными, как и отливки с f/f больше 1/3.
В ряде последующих исследований, проводившихся в условиях, аналогичных опытам Фроммера, течение металла Вуда в стеклянных формах под давлением фотографировалось на кинопленке.
Эти опыты вновь подтвердили основные положения теории Фроммера (фиг. 16).
Современные теории о впуске металла

Противоречивые на первый взгляд выводы различных исследователей построены на экспериментальном материале и, следователь но, заслуживают доверия.
Причина их расхождения кроется исключительно во влиянии не учтенных авторами различных технологических факторов на впуск и течение металла в форме.
Как видно из опытов различных исследователей, тот и другой вид впуска могут иметь место при литье под давлением в зависимости от технологических параметров. 2-й вид впуска получен Брандтом не в результате регулирования и управления технологическими факторами, а в результате отказа от форм с прямоугольным сечением, дающих неправильное представление о действительном характере впуска.
Это обстоятельство следует считать основной причиной расхождения между сторонниками той или другой теории впуска металла в форму.
Таким образом, результаты обширной дискуссии не дали достаточного материала при определении условий, необходимых для получения литья, лишенного воздушных включений и дефектов поверхности.
По мнению автора настоящей книги, качество отливки, т. е. плотность, отсутствие воздушных включений, а также чистота поверхности, всецело зависят от условий впуска металла в форму.
Тот или иной характер впуска не следует рассматривать как самостоятельный признак процесса, а лишь как следствие влияния различных факторов.
В зависимости от ряда физических и технологических факторов, а также от конфигурации детали может иметь место и тот и другой виды впуска.
При 1-м виде впуска имеются все предпосылки для получения отливок с пороками по следующим причинам:
а) металл, попадая в форму с прямоугольным сечением и «простреливая» тонкой струей всю полость формы, опережает воздух, закупоривает вентиляционные каналы и затрудняет вентилирование формы;
б) ударяясь лобовым ударом о противоположную стенку, металл завихряется и захватывает воздух.
При впуске металла в форму, не имеющую правильного прямоугольного сечения, струя не может дойти до самой дальней стенки, не коснувшись стенок формы; она должна обтекать внутренний контур полости. При образующемся при этом 2-м виде впуска струя металла, расширяясь до ширины полости формы, уменьшает свою скорость и последовательно вытесняет воздух, поджимая его к вентиляционным каналам.
Для устранения специфических недостатков, свойственных литью под давлением и для получения литья без воздушных раковин и дефектов поверхности, необходимо управлять характером впуска металла в форму, используя его в зависимости от конфигурации отливки.
Это может быть достигнуто только при всестороннем изучении влияния различных физических и технологических факторов на условия впуска.
Из числа многочисленных факторов на характер впуска металла в форму в значительной мере влияют следующие: 1) вязкость металла; 2) течение металла в полости формы с образованием первоначального слоя; 3) завихрение металла; 4) конфигурация рабочей полости формы; 5) режимы литья.