Литниковая система - это система каналов, через которые расплавленный металл подводят в полость формы. Литниковая система должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержание шлака и других неметаллических включений, выход паров и газов из полости формы, непрерывную подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке.
По гидродинамическому признаку выделяют сужающиеся и расширяющиеся литниковые системы.
Для сужающихся литниковых систем характерно последовательное уменьшение площадей поперечных сечений стояка, шлакоуловителя и питателей F ст >F шл >F пит. Такая литниковая система обеспечивает быстрое заполнение расплавом всей системы и лучшее улавливание шлака. Однако в полость литейной формы расплав поступает с высокой линейной скоростью, что может приводить к разбрызгиванию и окислению расплава, захвату воздуха и размыву формы. Такие литниковые системы используются при изготовлении чугунных отливок.
В расширяющихся литниковых системах узким местом является нижнее сечение стояка: F ст В зависимости от конфигурации и толщины стенок отливок 5, состава заливаемого сплава и направления течения его в полость формы подразделяют на боковые (рис.4,а), нижние (рис.4,б) и верхние (рис.4,в). Рис. 4. Способы подвода расплавленного металла в полость литейной формы Для боковой литниковой системы (рис.4,а) характерным является то, что питатели и шлакоуловители располагаются в горизонтальной плоскости разъема формы, что удобно в отношении формовки. В нижних литниковых системах (рис.4,б) расплав поступает снизу под затопленный уровень без разбрызгивания, окисления и вспенивания, что очень важно при изготовлении отливок из легкоокисляющихся пленообразующих сплавов (алюминиевых, магниевых и других). В верхних литниковых системах (рис.4,в) в течение всей заливки обеспечивается горячее зеркало расплава, что способствует направленному снизу вверх затвердеванию. Такие литниковые системы используются при изготовлении чугунных и стальных отливок. Основными элементами литниковых систем являются следующие (рис.4). Литниковая чаша (воронка) 4 предназначена для приема струи расплава, вытекающей из разливочного ковша, и задержания шлака, попадающего вместе с расплавом в чашу. Стояк 3 - вертикальный канал, передающий расплав из литниковой чаши к другим элементам литниковой системы. Шлакоуловитель 2, расположенный горизонтально и, как правило, в верхней полуформе, служит для задержания шлака и передачи расплава из стояка к питателям. Питатели 1 - каналы, предназначенные для подачи расплава непосредственно в полость литейной формы. Питатели должны обеспечивать плавное поступление расплава в полость формы. Обычно питатели располагают в нижней полуформе. Выпор 6 служит для отвода газов из полости формы, сигнализирует об окончании заливки, уменьшает динамическое давление расплава на форму, способствует питанию отливки расплавом при затвердевании. Коллектор 7 - распределительный канал для направления расплава к различным частям отливки. Его располагают горизонтально по разъему формы. Он всегда должен быть заполнен расплавленным металлом. Сечения элементов литниковой системы выбирают на основе приближенного расчета, который позволяет установить соотношение между ними (обычно между стояком, шлакоуловителем и питателями). Расположение элементов литниковой
системы в опоке - важнейший критерий для обеспечения качественного
литья.
Объекты литья
должны охлаждаться
в первую очередь и поэтому должны быть размещены вне теплового центра
опоки. Правильным считается их размещение на минимальном расстоянии
от боковой поверхности опоки и её дна. На практике, обычно, необходимо
выдерживать следующие расстояния: 4…5мм от боковой поверхности опоки
и 4…5мм, соответственно, от её дна. Меньшие величины этих размеров
ограничиваются механической прочностью материала опоки.
Литниковый канал (каналы) и коллектор
должны охлаждаться в последнюю очередь и, следовательно, должны
быть расположены максимально близко к термическому центру опоки.
В идеальном случае, коллектор должен располагаться на середине высоты
опоки, т.е. в зоне максимальной температуры (тепловой центр). При
этом коллектор обеспечивает подпитку жидким расплавом объекты литья
на стадии их кристаллизации, препятствуя их неконтролируемой усадке.
Для получения предсказуемого, высококачественного
литья особое внимание необходимо уделять выбору геометрических
размеров элементов литниковой системы: литниковых каналов, коллектора,
питателей. Этот выбор определяется многими факторами: типом литниковой
системы (с непосредственным питанием отливки или с использованием
литейного резервуара (коллектора)), размерами объектов литья,
их видом и количеством. Производство отливок позволяет значительно сократить трудозатраты на обработку деталей, снятие лишнего материала. Литниковая система служит для транспортировки расплава с ковша в форму. Она равномерно заполняет пустоты, гарантирует кристаллизацию металла без образования напряжений. Литниковая система представляет собой сложную конструкцию каналов, регулирующих скорость движения и давление расплава. Она своей конфигурацией способствует всплыванию шлака в прибыль. При извлечении отливки из формовочной смеси, ЛС выглядит грубо. Создается впечатление лишнего металла вокруг детали. На самом деле через детали литниковой питающей системы в процессе заливки выводится воздух и отделяется шлак, подпитывается металлом усадка при охлаждении. ЛПС регулирует давление для заполнения всех элементов заготовки. В результате правильного расчета, структура полученной отливки плотная и равномерная по всему сечению. Транспортировка жидкого расплава без разрушения стенок, равномерное заполнение полости формы с постоянной скоростью считают назначением литниковой системы. Одновременно лабиринт ходов из стояков, питателей и прибылей: Форма деталей литниковой системы препятствуют контакту поверхности остывающей отливки с воздухом, обеспечивает равномерное охлаждение без переходных зон и мест быстрой кристаллизации. Литейное производство включает в себя создание контуров изготавливаемых деталей с необходимыми технологическими уклонами и допусками на обработку. После этого в прессформах делается система питания – ЛПС. Она рассчитывается с учетом равномерного заполнения всей пустоты исходя из формы будущей детали и толщины ее стенок. Расположение и тип литниковой системы подбирается исходя из конфигурации заготовки, ее размеров. Металл должен заполнить все пространство равномерно, с одинаковой скоростью, не разрушив внутренние стенки прессформы. Литниковая система представляет собой сложную конструкцию с несколькими элементами. Каждая деталь выполняет свою роль и убрать ее невозможно. К элементам литниковой системы относятся: Жидкий металл попадает с ковша в чашу – конусообразную перевернутую воронку. В широкую наружную часть конуса попасть струей жидкого металла проще, чем в узкий канал. Одновременно воздух, сопровождающий струю, выдавливается вверх и внутрь не попадает. Литниковая чаша применяется во всех конструкциях заливных систем. Размер конуса выбирается по размерам отливки, ее весу. Наружным конусом регулируется скорость движения расплава по литниковой системе и время заливки. Тяжелая жидкость устремляется вниз по узкому стояку, уменьшая скорость движения. Независимо от направления конуса, сечение стояка значительно меньше, чем воронки. Под стояком имеется небольшое конусное расширение и углубление – зумпф, предотвращающий разбрызгивание. В нем собирается жидкий металл и гасит энергию струи по аналогии водоема под водопадом. Если струя будет падать на твердую поверхность формы, то она ее разобьет. Мелкие брызги быстро застынут, образовав раковины и несплошности в общей массе материала. С зумпфа жидкость течет снизу вверх, перетекая в литниковый ход и подталкивая шлаки к всплытию. Это позволяет сократить длину ходов, рационально использовать металл. Литниковые хода всегда делаются в плоскости разъема. Они имеют трапецеидальное сечение и делят общий поток на несколько, распределяя его по питателям равномерно, по всей длине. В ЛПС питатели последние из ее элементов. Они распределены по всей площади разъема и равномерно заполняют пустоту будущей отливки. Кроме питательной системы в верней части детали устанавливаются: прибыль и выпор. Первая служит для скопления шлака и подпитки усадки. При охлаждении деталь уменьшается в размерах, проседает, и металл с прибыли восполняет уровень. Количество прибылей зависит от конфигурации и площади отливки. Например, заливается маховик. Его ось располагают вертикально. Над ступицей устанавливают одну прибыль, если деталь до 0,5 тонны. При больших размерах конусы для шлака делаются и по ободу. Через расположенный в верхней части формы выпор наружу выходят газы, которые все же попали внутрь формы и поднялись вверх. Допускается совмещать выпор с центральной прибылью. После полного охлаждения, деталь выбивают из формы, и производится обрубка – автогеном или отбойным молотком обрезаются все питатели и прибыля. Длина оставшегося участка зависит от марки стали. У высоколегированных сталей он составляет 80–150 мм и окончательно удаляется механообработкой после отжига. Высоколегированные стали и чугун отжигаются вместе с литниковой системой или только прибылями, только после этого производится обрубка. Термообработка делается сразу, после извлечения отливки из смеси, для снятия напряжений и уменьшения твердости. Методы расчета литниковой системы основаны на быстроте полного заполнения формы. Они определяют в первую очередь сечение питателей, их количество. В основе расчетов гидравлические формулы и высота стояков, создающих давление. Для чугуна и сталей разных сортов соотношение площадей питателей, прибылей и стояков разная, основана на жидкотекучести материала, толщины стенок. Кроме этого в формулу вводят поправочный коэффициент, значение которого зависит от веса отливки. Тип ЛПС определяется как оптимальный вариант между быстрым и равномерным заполнением формы и минимальными потерями металла в каналах. Используют различные виды систем. Во многом конструкция зависит от марки материала. Для небольших деталей из цветных металлов и чугуна до 20 кг, производится литье в прессформу под давлением. Принцип ее заключается в заполнении первой части формы жидким металлом, затем быстрое, под высоким давлением, запрессовывание расплава во вторую половину, представляющую собой непосредственно форму детали. Быстрая кристаллизация с помощью системы охлаждения и через несколько секунд отливка извлекается. Высокая стоимость прессформы до $100 000 и срок изготовления 2–3 месяца делают единичные отливки сказочно дорогими. Рентабельно использовать прессформы под давлением с их производительностью 10–50 отливок в час, в массовом производстве. Разрушающий метод – литье алюминия в песок по выплавляемым моделям, позволяет выплавлять сложные по конфигурации изделия. Особенность заключается в создании из воска или другого легкоплавкого материала точной копии детали и помещение ее в песок с одним питательным каналом. Заливка производится вертикально, без потерь на металл в ЛПС. Отличается большим количеством выпоров, через которые выходит газ от сгоревшей модели. Для изделий из стали и чугуна, весом более 50 кг, в основном используется горизонтальная литниковая система, более удобная конструкция для совмещения с разъемами. Вертикальная конструкция питателей подходит для цветных сплавов и металлов с высокой температурой плавления, которые заливаются. На типы литниковых систем и расчеты влияют характеристики детали: Типы литниковых конструкций различают по направлению заливки: вертикальные для низких деталей с большой площадью, и горизонтальные, если высота отливки больше ширины. В ЛПС могут подаваться расплавы на разных уровнях: По способу расположения питателей различают типы ЛПС. При верхней системе питатели стоят на одном уровне с литниками. Используется такой способ чаще всего для получения тонкостенных отливок из чугуна. Металл заливается сверху. При сложной конфигурации перетекает по нижним перемычкам на другую от чаши и стояка сторону формы. Чтобы заполнение осуществлялось быстро, при тонких перемычках со стороны стояка делается утолщение в форме. При обработке на станке оно удаляется. Верхняя система литников наиболее простая в исполнении, характеризуется быстрым прямым заполнением формы металлом. Она приводит к равномерной кристаллизации и минимальным расходом материала для заполнения подводящих каналов. При выбивке отливка легко освобождается от формовочной смеси. Характерным недостатком является каскадный сброс жидкого металла. Это приводит к захвату воздуха и перемешиванию металла со шлаком. В результате активного течения образуется пена. Шлак задерживается в коллекторе, не выходя в литник. Расплав падает в форму с большой высоты и зумпф не спасает от разрушения стенок, дна формы и стержней горячей струей. Образуются брызги. Недостатки верхней литниковой системы устраняются кантовкой или наклоном формы. Применяется заливка сверху для деталей высотой менее 100 мм. Для тонкостенных полых деталей применяется дождевая система – разновидность верхней. Питатели устанавливаются по периметру сверху и равномерно заполняют отливку. Кристаллизация происходит снизу вверх, усадка материала компенсируется непосредственно из питателей. Дождевую систему при заливке массивных деталей совмещают с литниками. Расплавленный металл подается питателями в нижнюю часть формы. Давление создается за счет высоко расположенной чаши и длинных стояков с обратным конусом – заужены к низу. Заполнение формы снизу происходит равномерно, без окисления и вспенивания. Неметаллические включения задерживаются, не попадая в основной металл. Поступая снизу, по литниковым каналам, расплав вытесняет в прибыля воздух, газы, шлак. Недостаток литниковой конструкции в перегреве нижней части формы и большой усадке при кристаллизации. Особенно заметно это на цветных металлах, их сплавах, чугуне. Усадочные раковины могут опускаться в основное тело детали. в высоколегированных сталях образуются переходные зоны напряжений при перегреве нижней части и быстром охлаждении верхней. В расчет литниковой системы для алюминия с его высокой теплопроводностью, входит система охлаждения и дополнительный металл для компенсации усадки, увеличенная высота литников и питателей. Удобная в выполнении литниковая система. Ее детали большей частью расположены в плоскости разъема. Расплав заполняет снизу верхнюю часть отливки и сверху перетекает вниз. Стенки не разрушаются, пена не образуется. Заполнение происходит плавно, спокойно по всей ширине пустоты. Разновидностью боковой заливки является вертикально-щелевая литниковая система, используемая для изготовления деталей большой высоты. В ней питатели расположены сбоку, вдоль оси детали вертикально. Система подходит для отливки с переменным сечением, тонкими стенками и резкими переходами. Расплав вводится спокойно, хорошо заполняет форму. Шлаки и частицы песчаной смеси отделяются в коллекторе. Процесс кристаллизации протекает равномерно, снизу вверх. Слабым местом вертикально-щелевой конструкции является вспенивание горячей жидкости в начальный момент заливки. В местах рядом с питателями может возникнуть перегрев и усадка металла. Вертикально-щелевую литниковую систему сложно выполнять, выбивать из формы и удалять. Большие детали заполняются одновременно двумя и больше линиями питателей. Их располагают горизонтально или вертикально в плоскости разъема, увеличив количество секций формы. Металл течет в форму снизу и сверху, равномерно заполняя большой объем. Процесс кристаллизации происходит по всему объему. Если расположена горизонтально система ярусная, расчет производится с поправочными коэффициентами, учитывающими более быстрое заполнение пустоты через нижние литниковые питатели с большим давлением. Выравнивание скорости движения расплава производится уменьшением сечения нижних питателей. При ярусной литниковой системе заливки происходит равномерное поступление металла в разных плоскостях. Уменьшается риск создания переходных зон при кристаллизации. Усадка происходит медленно, с восполнением пустот расплавом. Для высоких деталей питатели располагают в 2 линии вертикально. Металл подается через стояки снизу. Заполнение равномерное и спокойное, без захвата воздуха. Газы и шлак поднимаются вместе с основным металлом вверх, заполняя прибыля. Соединение в одну конструкцию нескольких типов литниковых конструкций позволяет компенсировать недостатки одних достоинствами других. Такие системы создаются при отливе деталей с большой массой и сложной конфигурацией в песчаные формы. Если деталь имеет поперечное сечение по краям больше, чем в середине, питатели подводятся к линиям наибольших размеров. В результате происходит заполнение наибольших по массе элементов. Затем заливается середина. Кристаллизация начинается по периметру одновременно во всех частях отливки. Сложные конфигурации требуют одновременного поступления расплава во все элементы, соединенные тонкими перегородками. Комбинирование литниковых конструкций позволяет поступать металлу одновременно во все места. Чем меньше деталь по весу, тем проще литниковая система. Для больших отливок с большим количеством переходов устанавливают ярусные и комбинированные системы литниковых ходов. Конструкцию упрощают совмещением ее элементов. Например, выпор и прибыль, заливка через шлакосборники. Виды литья металлов и сплавов
Положение оболочковых форм перед заливкой может быть горизонтальным и
вертикальным. Вертикально заливаемые формы имеют ряд преимуществ перед
горизонтальными, так как в них литниковые чаши легко выполнить заодно с
формой, стояк можно получить с нормальным конусом, питание легко
подвести к нижней точке отливки, для заливки вертикальных форм требуется
меньше заливочной площади. В то же время вертикальный метод заливки
оболочковых форм имеет и недостатки, заключающиеся в том, что
оболочковая форма при этом методе заливки испытывает большое
металлостатическое давление, вызывающее появление пригара на отливках
из-за проникновения металла в стенки формы и деформацию, искажающую
размеры отливок. В настоящее время наибольшее применение находит горизонтальный метод
заливки оболочковых форм. Учитывая, что отливки, получаемые при литье в оболочковые формы, имеют
малые припуски на механическую обработку, большое внимание следует
уделять улавливанию шлаков и Рис. 135. Блок отливок деталей угломера, отлитых
в оболочковую форму с применением дроссельной литниковой системы
Рис. 136. Блок отливок звеньев цепей, отлитых в
стопочные формы с применением сифонной литниковой системы
Соотношения между элементами литниковых систем для
оболочкового литья остаются почти теми же, что и для обычного литья и
для тормозящих литниковых систем, и выражаются следующими уравнениями: Приведенные соотношения относят к литниковым
системам, у которых стояки используют с литниковой воронкой. При
применении стояков с обратным конусом эти соотношения остаются в силе
только между питателями и шлакоуловителями и не распространяются на
стояк, размеры которого устанавливают по месту. Наиболее эффективными для применения в оболочковом
литье являются закрытые прибыли. Металл при горизонтальной заливке форм
обычно заливают не в литниковую чашу, а непосредственно в центральный
литник (стояк), который выполняется с обратным конусом. При изготовлении оболочек на полуавтоматических и автоматических машинах
применяют раздельный способ изготовления центральных стояков и
литниковых чаш (рис. 137). Литниковые
Общие принципы спроектирования литниковой системы.
Правильно сконструированная литниковая
система должна обеспечивать быстрое и ламинарное (плавное, однородным
потоком) заполнение литейной формы с необходимой скоростью, непрерывную
подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке, выход газов
из полости формы. Скорость материала важно, потому что, если расплав
движется слишком медленно, он может остыть прежде, чем полностью
заполнит литейную полость.
Для предупреждения турбулентного характера
потока расплава, следует обеспечивать мягкие переходы между литниками
в направление потока жидкого металла и соответствующие размеры элементов
литниковой системы. Турбулентный (с завихрениями, бурный) характер
движения расплава по литниковым каналам не способствуют оптимальному
движению струи расплава. Из-за этого он не может сразу сформироваться
и заполнить полость. При этом существенно возрастает вероятность
образования усадочных раковин в отливке и неоднородность структуры
каркаса протеза.
Исходя из вышеизложенных условий расположения
коллектора определяется длина литниковых каналов. Следует помнить,
что слишком длинные каналы увеличивают путь расплава, ухудшают его
течение и увеличивают количество остаточного воздуха в форме. Всё
вместе это приводит к повышению риска некачественного литья (например,
непроливы наиболее тонких частей восковой модели).
При непосредственном питании отливки
необходимо стремиться к тому, чтобы в тепловом центре опоки находился
участок расхождения литниковых канолов к объектам литья.
Для получения предсказуемого, высококачественного
литья близких по параметрам объектов необходимо учитывать плотность
используемого сплава. Чем меньше его удельный вес, тем больше должен
быть диаметр литниковых каналов.
Литниковая система необходима для того, чтобы обеспечить спокойное, без вспенивания и разбрызгивания поступление металла в форму, не допускать в форму частиц оксидов, флюсов, шлака, создать такие тепловые условия в форме, при которых в процессе затвердевания отливки в ней не возникали бы усадочные раковины, рыхлоты, пористость.
Литниковая чаша.
Первая струя металла непосредственно из ковша поступает в чашу. Этот металл наиболее загрязнен оксидами, шлаком, флюсами. При попадании в чашу скоростной напор в металле гасится, и заполнение формы происходит уже под напором, определяемым уровнем металла в чаше, а не под действием всей высоты струи, начиная от ковша. Чашу следует заполнить в первый же момент заливки и держать полной до конца заполнения формы Струю металла не направляют в отверстие стояка, льют всегда в противоположный конец чаши. Благодаря этому металл дольше находится в чаше, и за это время частицы загрязнений могут всплыть на поверхность.
В тех случаях, когда нет необходимости тщательно очищать расплав или нежелательно снижать его температуру, применяют не чашу, а воронку - расширение в верхней части стояка.
Стояк.
Из чаши металл попадает в стояк - вертикальный канал чаще всего круглогосечения.
Обычно ради удобства формовки стояки делают суженными книзу.
Очень важным является вопрос заполнения стояка на выходе из чаши. Если выходное отверстие в чаше меньше, чем примыкающее сечение стояка, то струя металла будет свободно падать вниз и стояк будет заполняться по мере подъема уровня расплава. При частичном заполнении стояка линейная скорость истечения металла из него в полость формы будет малой.
Однако в самом стояке может происходить захват воздуха, разбрызгивание и окисление струи расплава.
Если стояк заполнен целиком, окисление металла непосредственно в этом канале значительно уменьшается Однако в шлаковик из стояка расплав попадает с большой линейной скоростью, которая определяется высотой столба металла от нижнего сечения стояка до уровня металла в чаше. Это вызывает значительное перемешивание и окисление металла в шлаковике. Особенно опасен в этих условиях начальный этап заполнения Первый поток металла, попавший в заполненный стояк, движется с большой скоростью Увеличение скорости первого потока металла является результатом своеобразного гидравлического удара в момент заполнения суживающегося канала, вызывающего резкий выброс металла в шлаковик.
Шлаковик.
Этот канал называют также коллектором Основное назначение шлаковика - задерживать частицы шлака, флюса, футеровки, пленки окислов и других взвешенных включений, которыми загрязнен расплав. При достаточно малой скорости потока расплава загрязнения, как более легкие, постепенно всплывают и скапливаются вверху. Расплав в нижней части шлаковика оказывается свободным от загрязнений, и именно отсюда он отводится в литники и далее в отливку. Следовательно, в шлаковике расплав должен течь как можно медленнее, поэтому сечение шлаковика должно быть достаточно большим. Необходимо, чтобы высота шлаковика была такой, чтобы задержанные загрязнения занимали лишь верхнюю часть его, а внизу находился чистый расплав. Для более надежного удержания шлака устанавливают так называемые шлаковыпоры (5 на рис. 11). Их обычно располагают в глухих торцах шлаковика. Иногда шлаковыпоры устанавливают над входом литника в шлаковик. Большая высота, создаваемая шлаковыпором, дает возможность отвести загрязнения дальше от входа в литник.
Чтобы в шлаковике надежно задерживались инородные частицы, необходима возможно меньшая линейная скорость движения расплава. Это наглядно видно на рис 12. Пусть инородная частица оказалась на самом дне шлаковика 2 под стояком 1. Расстояние до входа в литник 3 равно х, высота шлаковика h. Скорость всплывания частицы v2 есть величина постоянная для данного металла, размера и формы частицы. Скорость потока v1 можно менять, изменяя величину и форму чаши, стояка, шлаковика и литников. Очевидно, частица, двигаясь в потоке, пройдет расстояние х за время т = x/v1. За это же время частица всплывает вверх на расстояние у = v2т = xv2/v1. Чем больше y, тем выше окажется частица над литником, тем меньше вероятность, что ее занесет потоком металла в литник и далее в отливку. Величина yтем больше, чем меньше v1 и больше v2. Следовательно, снижение скорости потока - уменьшение v2 - обеспечивает лучшее отделение загрязнений. Увеличение х - расстояния вдоль шлаковика до входа в литник - влияет так же. Однако слишком сильно увеличивать х нецелесообразно; когда y станет равным h, т. е. когда частица окончательно всплывет, дальнейшее увеличение х уже не будет улучшать условий отшлакования. Расчетное определение соотношения h и х почти невозможно, так как имеется слишком много неизвестных величин (размеры и форма инородных частиц и закономерности их движения в расплаве). Поэтому на практике пользуются опытными данными и справочными материалами. Однако проделанный простейший анализ показал, что литник не должен находиться непосредственно под стояком. Только когда литник расположен на некотором расстоянии от стояка, возможно всплывание и удержание инородных частиц.
Поскольку в шлаковике желательна наименьшая скорость потока, он не должен сразу заполняться первыми потоками расплава. Если шлаковик заполняется сразу, то скорость в нем определяется большим напором, зависящим от степени заполнения стояка и чаши. Если же шлаковик не заполняется первыми потоками расплава, линейная скорость течения в нем оказывается значительно меньшей. Чтобы обеспечить незаполнение стояка на первых порах, обычно площадь поперечного сечения шлаковика делают значительно больше, чем площадь поперечного сечения стояка.
Для удержания взвешенных в металле частиц в литниковой системе иногда устанавливают фильтрующие сетки. Чаще всего сетки размещают в шлаковике. Размер отверстий в сетках составляет 0,5-3 мм. Действие таких сеток весьма своеобразно. Они задерживают взвешенные частицы не только механически. Сетки действуют как гидравлические сопротивления-диафрагмы, создающие после себя в потоке зону вихрей. Эти вихри возникают из-за турбулентного характера течения после сетки, создающего участки с пониженным давлением. Взвешенные частицы захватываются вихрями и удерживаются в них. Действие сеток в этом отношении подобно действию снегозащитных лесных полос или щитов вдоль дорог. Как известно, снег скапливается не перед полосой или щитами, а за ними по направлению ветра.
Литники.
По литникам-питателям расплав поступает непосредственно в форму. Первые потоки металла, попадающие в литниковую систему, оказываются в наибольшей степени загрязненными оксидами, флюсом и шлаком. Это объясняется тем, что удержание инородных включений и в литниковой чаше, и в шлаковике возможно лишь после частичного их заполнения. Поэтому нельзя допустить, чтобы первые потоки расплава сразу попали в литники и оттуда в форму. Это достигается, как уже отмечалось, незаполнением шлаковика в начале заливки и, кроме того, обеспечивается малой высотой литников, которым часто придают форму горизонтально расположенной щели. Из-за малой высоты литников расплав может затечь в них лишь после того, как высота расплава в шлаковике достигнет определенного уровня. Затеканию расплава в литники препятствуют поверхностные силы, поскольку расплав не смачивает литейную форму. Расчеты показывают, например что для затекания алюминиевого расплава, имеющего прочность поверхностного слоя 1000 мН/м, в щель толщиной 5 мм необходимо давление, создаваемое столбом расплава высотой 16 мм.
Линейная скорость движения расплава в литниках и особенно на выходе из них в полость формы во избежание разбрызгивания должна быть незначительной. Для этого поперечные сечения литников должны быть достаточно большими. Поскольку желательна небольшая высота литников, приходится увеличивать ширину их поперечного сечения. Именно по этой причине литники имеют форму узкой и широкой щели.
Как уже отмечалось, назначение литниковой системы состоит в том, чтобы обеспечить спокойное поступление расплава в отливку. Поэтому место подвода литников к отливке необходимо выбирать очень осмотрительно. Очевидно, наиболее спокойное поступление расплава будет наблюдаться, если литники подведены в самую нижнюю часть формы. В этом случае не будет свободно падающих струй в полости формы. Заполнение будет идти в результате постепенного повышения уровня расплава без разбрызгивания и захвата окисных пленок, образующихся на открытой поверхности расплава. Иногда такой способ заполнения формы называют «сифонным». Это определение неверно, так как в этом случае никакого сифона нет.
Необходимо иметь в виду, что литники оказывают очень большое действие на ход и характер затвердевания отливки. Участок отливки, к которому подведены литники, затвердевает медленнее, чем более удаленные ее части. Через литник протекает весь расплав, заполняющий форму. Из-за этого форма около литников разогревается и последующее охлаждение и затвердевание замедляются. Это обстоятельство вынуждает решать вопрос о месте подвода литников к отливке, учитывая не только спокойное заполнение, но и обеспечение нужного хода затвердевания отливки Из-за того, что подавляющее большинство технических сплавов при кристаллизации уменьшается в объеме, в отливках могут возникать пустоты усадочного происхождения. Они появляются в тех местах отливки, где затвердевание шло в последнюю очередь. Следовательно, местный разогрев формы, создаваемый литниками, может вызвать появление на этих участках усадочных пустот. Очевидно, что подвод литников в нижнюю часть отливки (по положению при заливке) обеспечивает наилучшие условия заполнения формы, но неблагоприятен для процесса затвердевания отливки. Последовательное и направленное затвердевание отливки без образования усадочных пустот наиболее легко достигается, если оно проходит снизу вверх. Поэтому подвод литников в верхнюю часть формы дает возможность создать наилучшие условия для получения плотной отливки, однако условия заполнения в этом случае будут совершенно неудовлетворительными. По этим причинам приходится искать компромиссные решения и подводить литники так, чтобы удовлетворить условиям, которые в каждом конкретном случае являются более важными.
В зависимости от соотношения площадей поперечных сечений каналов литниковые системы могут быть сужающимися или расширяющимися В сужающихся литниковых системах соблюдается следующее соотношение площадей поперечных сечений каналов. Fст≥Fщл≥ΣFлитн, где Fст, Fщл, ΣFлитн - площади поперечных сечений стояка, шлаковика и литников (одного или нескольких) соответственно (рис. 13). Сужающиеся системы заполняются первыми потоками расплава В этих системах линейная скорость истечения расплава из литников определяется напором, измеряемым разностью высот от уровня расплава в чаше до литников. В расширяющихся литниковых системах соблюдается обратное соотношение площадей поперечных сечений каналов - Fст≤Fщл≤ΣFлитн (рис. 13, б).
Основное достоинство расширяющихся литниковых систем состоит в том, что в первые моменты заливки расплав из литников вытекает в полость литейной формы с малой линейной скоростью, определяемой уровнем расплава в незаполненном шлаковике. Сужающиеся литниковые системы раньше широко применялись для чугунного литья. Когда началось освоение фасонного литья из алюминиевых сплавов, оказалось, что строить литниковые системы по аналогии с системами для чугунного литья совершенно невозможно из-за интенсивного окисления и захвата окисных пленок. Поэтому были разработаны иные принципы создания литниковых систем - с расширяющимися каналами. В настоящее время во всех случаях для отливок из алюминиевых, магниевых и медных сплавов применяют расширяющиеся литниковые системы. В последнее время такие системы успешно используют для ответственного чугунного литья.
Размеры каналов литниковых систем определяют путем расчетов. В расчетных формулах имеется ряд эмпирических коэффициентов, поскольку невозможно полностью описать движение расплава при заполнении литейной формы строгими аналитическими формулами. Расчетные формулы основаны на уравнении. Бернулли и условии постоянства расхода.
Назначение системы
Основные элементы
Типы систем
По способу подвода
Верхняя
Нижняя
Боковая
Ярусная
Комбинированная
Вам также могут быть интересны статьи:
других неметаллических включений. Это достигается примене-нием
шлакоотделяющих устройств в заливочном ковше (ковши с сифонной трубкой,
ковши со стопорными устройствами), литниковых систем с шлакоуловителями
и гидравлическими запорами или специальных дроссельных систем (рис.
135). Для этих же целей используют сифонную литниковую систему,
применяемую обычно при заливке стопочных форм (рис. 136).
для чугунного и цветного литья