Przelewy - PI

Przelew jest to element układu wlewowego przeznaczony do odprowadzenia gazów z formy odlewniczej, wyprowadzenia zanieczyszczeń niemetalowych z wnęki formy, osłabienia uderzenia metalu o górną powierzchnię wnęki formy oraz oceny stopnia zapełnienia formy ciekłym metalem. Umiejscawia się go zwykle na najwyższym punkcie wnęki formy .

Rozróżnia się następujące rodzaje przelewów:

• szczelinowy - o przekroju prostokątnym,

• okrągły - o przeboju okrągłym,

• ze zbiornikiem - zakończony w górnej części małym zbiornikiem w kształcie lejka,

• pionowy - usytuowany pionowo w formie,

• ukośny - usytuowany ukośnie w formie.

Konstrukcja i obliczanie układu zasilającego

Zasilanie odlewu ciekłym metalem jest konieczne dla zrekompensowania ubytku metalu wskutek skurczu w stanie ciekłym i w okresie krzepnięcia.

Wartości skurczu objętościowego różnych stopów odlewniczych, przy przegrzaniu o 150°C powyżej temperatury likwidus, podaje tablica 1.

Zasilanie odlewu ciekłym metalem zapobiega powstawaniu jam skurczowych, a funkcję zasilania spełniają nadlewy, które umieszcza się w najpóźniej krzepnących częściach odlewu, czyli w miejscach dużych skupień metalu, tzw. węzłach termicznych.

Nadlew jest to naddatek technologiczny, którego głównym zadaniem jest zapobieganie tworzeniu się w odlewie jam skurczowych i rzadzizn, usuwany w trakcie obróbki wykańczającej

Tablica1

Skurcz krzepnięcia różnych stopów odlewniczych przy przegrzaniu o 150°0 powyżej temperatury likwidus

Nazwa stopu	Skurcz krzepnięcia *
Staliwo do zawartości 0,2 % C	5
Staliwo o zawart. 0,2÷ 0,4 % C	6
Staliwo o zawart. 0,4 «- 0,8 % 0	7
Żeliwo szare zwykłe	0,5 ÷ 2
Żeliwo wysokojakościowe	3÷4
Żeliwo sferoidalne	4,5 ÷ 5,5
Żeliwo ciągliwe	5 ÷ 6
Staliwo wysokostopowe	do 8
Mosiądze	6,5÷7,5
Brązy	4,5
Brązale	5,5
Silumin /10 ÷13 %/	4÷5
Stopy aluminium	6÷7
Stopy magnezu	4,5

Podział nadlewów

Zależnie od umiejscowienia nadlewu względem odlewu rozróżnia się nadlewy górne i boczne.

Nadlewy boczne stosuje się przeważnie wtedy, gdy ze względów technologicznych jest niemożliwe lub bardzo trudne ustawienie nadlewu nad odlewem.

Z kolei rozróżnia się nadlewy otwarte, czyli takie, których górna powierzchnia sięga powierzchni formy oraz kryte lub zakryte, mieszczące się w głębi formy. Nadlewy otwarte zasilają odlew metalem pod wpływem siły ciężkości i ciśnienia atmosferycznego, natomiast nadlewy zakryte mogą działać wskutek ciśnienia atmosferycznego, ciśnienia gazów ze specjalnego naboju gazotwórczego lub .sprężonego powietrza doprowadzanego do nadlewu.

Norma PN-79/H-54230 rozróżnia następujące rodzaje nadlewów:

• nadlew zwykły - nadlew zaformowany w tej samej masie formierskiej co odlew,

• nadlew izolowany - nadlew wykonany i krzepnący w masie Izolacyjnej, tj. w masie o mniejszym współczynniku przewodzenia ciepła od współczynnika przewodzenia ciepła materiału formy, w której krzepnie odlew

• nadlew dopełniany metalem - nadlew, do którego w czasie krzepnięcia dolewa się ciekły metal,

• nadlew egzotermiczny - nadlew w otulinie egzotermicznej, która zmniejsza prędkość stygnięcia znajdującego się w nim metalu,

nadlew podgrzewany - nadlew, w którym metal jest podgrzewany podczas krzepnięcia odlewu,

• nadlew grawitacyjny - nadlew, w którym przemieszczenie metalu z nadlewu do odlewu jest wywołane ciśnieniem metalostatycznym,

• nadlew atmosferyczny - nadlew, w którym przemieszczenie metalu z nadlewu do odlewu jest spowodowane ciśnieniem metalostatycznym z ciśnieniem atmosferycznym ,

• nadlew ciśnieniowy - nadlew, w którym przemieszczenie metalu z nadlewu do odlewu jest spowodowane ciśnieniem wywołanym sztucznie, np. ciśnieniem sprężonego powietrza, ciśnieniem gazu z ładunku gazotwórczego,

• nadlew górny - nadlew położony nad odlewem lub częścią za­silaną odlewu w czasie jego krzepnięcia

• nadlew boczny - nadlew położony z boku odlewu lub części zasilanej odlewu w czasie jego krzepnięcia - rys.

Wymiary nadlewu

Warunkiem koniecznym i wystarczającym do zasilania ciekłym metalem odlewu lub jego części w okresie krzepnięcia jest takie dobranie kształtu i wymiarów nadlewu oraz szyjki łączącej nadlew z odlewem, aby krzepły one dłużej niż zasilana część odlewu.

Zasada ta nie dotyczy żeliwa szarego, odlewanego w formach suszonych lub utwardzanych innymi metodami.

Parametrem jednoznacznie charakteryzującym złożony przebieg krzepnięcia odlewu jest tzw. moduł krzepnięcia,

który określa się stosunkiem objętości do powierzchni stygnięcia odlewu lub stosunkiem objętości powierzchni przekroju odlewu do obwodu tego przekroju, moduł krzepnięcia zastąpiono w wielu publikacjach nazwą:

sprowadzona grubość ścianki.

Zagadnienie obliczania modułu krzepnięcia może się wydawać trudne i pracochłonne ze względu na skomplikowane kształty większości odlewów. W praktyce obliczanie to jest dość proste, ponieważ:

a) każdy odlew można podzielić (rozłożyć) na proste elementy geometryczne np. jak na rysunku ,

b) obliczanie modułu krzepnięcia całego odlewu jest konieczne tylko przy wykonywaniu odlewów o zwartej i masywnej konstrukcji, a więc odlewów prostych lub mało skomplikowanych,.

c) w ogromnej ilości przypadków oblicza się tylko moduły tych części odlewów, które tworzą węzły termiczne i muszą być zasilane nadlewami

d) moduły krzepnięcia tych części odlewów, których powierzchnia czołowe nie są powierzchniami stygnięcia, np. belki 1 pierścienie o dowolnych przekrojach lub szyjki łączące nadlewy z odlewami, oblicza się jako stosunek powierzchni do obwodu przekroju poprzecznego.

W tablicy zestawiono wzory do obliczania modułów krzepnięcia odlewów w kształcie prostych elementów geometrycznych,
z których składają się odlewy, nawet te o najbardziej skomplikowanych kształtach.

1. Piasta;

2. Wieniec;

3. Szprychy.

Moduł krzepnięcia odlewu M_q ma wymiar długości: - [cm]

$$\mathbf{M =}\frac{\mathbf{V}_{\mathbf{o}}}{\mathbf{F}_{\mathbf{o}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{P}_{\mathbf{p}}}{\mathbf{O}_{\mathbf{p}}}$$

V_o-objętość odlewu magazynująca ciepło w cm³, F_o - powierzchnia stygnięcia odlewu w cm , P_p - powierzchnia przekroju odlewu w cm²;O_p - obwód przekroju odlewu w cm.

Aby nadlew zakrzepł później niż zasilana część odlewu, jego moduł krzepnięcia musi być większy niż moduł krzepnięcia odlewu. Moduł krzepnięcia nadlewu przy odlewaniu stopów żelaza, oprócz żeliwa szarego odlewanego w formach sztywnych suszonych lub utwardzonych oraz stopów metali nieżelaznych oblicza się ze wzoru:

M_n = 1,2 M_o ÷ 1,3M_o

Moduł krzepnięcia nadlewów zaformowanych w otulinie z masy egzotermicznej wynosi:

M_n = 0,8 M_o

Moduł krzepnięcia szyjki M_sz, łączącej nadlew z odlewem wynosi natomiast:

M_n = 1,1M_o ÷ 1,2M_o

Obliczanie modułu krzepnięcia prostych elementów odlewów

Warunkiem prawidłowego działania nadlewu otwartego jest natychmiastowe przysypanie zwierciadła metalu grubą warstwą materiału termoizolacyjnego (suchy piasek kwarcowy, lunkieryt) - bezpośrednio po zalaniu formy.

Przy odlewaniu żeliwa szarego - z grafitem płatkowym i sferoidalnym w formach sztywnych obowiązują odmienne zasady obliczania modułu krzepnięcia nadlewu. Podczas krzepnięcia żeliwa występuje zjawisko znacznego powiększenia objętości metalu, spowodowane wydzielaniem grafitu. W formie wilgotnej, a więc podatnej na duże odkształcenia, zjawisko to może powodować wybrzuszenia ścian odlewu - zwiększa się objętość odlewu, jamy skurczowej i zapotrzebowanie na metal zasilający.

Całkiem odmiennie przebiega to w formie sztywnej, mało podatnej na odkształcenia, której ściany nie dopuszczają do deformacji odlewu i wymuszają ruch ciekłego metalu w kierunku centralnej części odlewu.

Dlatego też jama skurczowa i zapotrzebowanie na metal zasilający są małe.

Żeliwo szare o składzie podeutektycznym wymaga znaczni e mniejszego zasilania ciekłym metalem niż staliwo i większość metali nieżelaznych. Zapotrzebowanie na metal zasilający zmniejsza się stopniowo w miarę przybliżania się składu chemicznego do eutektycznego. Żeliwo szare eutektyczne i nadeutektyczne nie wymaga praktycznie żadnego zasilania w okresie krzepnięcia.

W związku z tym moduł krzepnięcia nadlewu przy odlewaniu żeliwa szarego w formach niepodatnych oblicza się ze wzoru:

M_n = 0,3 M_o÷0,8 M_o

przy czym wartość 0,3÷ 0,8 przyjmuje się w zależności od stopnia nasycenia eutektycznego S_c lub równoważnika węglowego C_E_ żeliwa o określonym składzie chemicznym.

Wartość 0,3 dotyczy żeliwa o S_c =ok. 0,95 lub C_E=ok. 4,1. Natomiast wartość 0,8 dotyczy S_c =ok. 0,75 lub C_E=ok. 3,5.