зачем нужна литниковая система

Литниковая система

Литниковой системой называются каналы в форме, служащие для подачи в форму расплавленного металла. Назначение литниковой системы состоит также в том, чтобы улавливать шлак, 1 попадающий вместе с металлом в форму, и питать отливку в процессе затвердевания.

Литниковая система (рис. 1) обычно состоит из следующих элементов: литниковой чаши 1, стояка 2, шлакоуловителя 3, питателя 4.

Рис. 1. Литниковая система: 1 — литниковая чаша; 2 — стояк; 3 — шлакоуловитель; 4 — питатель; 5 — коллектор; 6 — сетка; 7 — отливка; 8 — выпор; 9 — прибыль

Литниковая чаша (рис. 54, а и б) служит для уменьшения удара струи металла и для отделения шлака. Стояк 2 (рис. 1) располагается вертикально и имеет форму усеченного конуса с Сужением книзу. Шлакоуловители 3 служат для улавливания шлака. Их формуют в верхней опоке. Питатели 4, подводящие металл в полость формы, выполняют в виде щели. Количество питателей и их расположение зависят от конфигурации отливаемых деталей. В зависимости от конструкции, веса отливки и состава сплава применяют различные типы литников, показанные на рис. 1.

В дождевом литнике (рис. 1, г) металл из стояка 2 попадает в кольцевой коллектор 5, из которого через большое количество питателей 4 он заполняет форму сверху. При заливке снизу подают сплав через коллектор 5 (рис. 1, л и н) и несколько питателей 4. Тонкостенные отливки часто заливают сверху через клиновидный литник или боковой щелевидный литник (рис. 1, з). Для больших отливок сложной конфигурации применяют разветвленную многоэтажную литниковую систему (рис. 1, л и м).

Обеспечивая получение качественной отливки, литниковая система в то же время должна иметь наименьший объем, занимать мало места на модельной плите и не осложнять процесса формовки.

Площадь сечения питателя литниковой системы можно рассчитать по формуле

Для чугунного литья площади поперечного сечения питателя Fп, шлакоуловителя Fш и стояка ст имеют следующее соотношение:

Источник

Типы литниковых систем

Выбор того или другого типа литниковой системы зависит от многих факторов, главными из которых являются: положение отливки в форме и наличие разъема формы; габаритные размеры и конфигурация отливки; предъявляемые к отливке требования (ответственная или неответственная отливка); свойства сплава; возможности питания отливки прибылями; удобство отделения питателей от затвердевшей отливки.

Верхняя литниковая система

Верхняя литниковая система (рис. 1, а) обеспечивает хорошую заполняемость при кратчайшем пути металла до формы, создает наиболее благоприятные условия для последовательной направленной кристаллизации отливки снизу к прибылям, не вызывает развития местных перегревов формы и связанных с этим дефектов. Она наиболее проста по выполнению, легко удаляется при обрубке литья и требует наименьшего по сравнению с другими типами литниковых систем расхода металла за счет уменьшения размеров прибылей. Основной недостаток этого типа систем — каскадный сброс расплава в форму, приводящий к его интенсивному перемешиванию и окислению, захвату воздуха, образованию пены и ее замешиванию внутрь отливки. При верхней литниковой системе ухудшаются также условия задержания шлака в коллекторе, так как питатели большую часть времени заливки не могут работать под затопленный уровень. Кроме того, верхняя литниковая система создает опасность размыва формы и стержней падающим с большой высоты потоком металла.

Рис. 1. Типы литниковых систем: а — верхняя; б — нижняя; в — боковая (по разъему); г — вертикально-щелевая; д и е — ярусные соответственно с горизонтально и вертикально расположенными питателями; ж — комбинированная; 1 — чаша; 2 — стояк; 3 — зумпф; 4 — металлоприемник (промежуточный канал); 5 — коллектор; 6 — питатель горизонтальный; 7 — отливка; 8 — прибыли; 9 — колодец (обратный стояк); 10 — вертикальная щель; 11 — шлакосборник над коллектором; 12 — шлакосборник над питателем — питающая бобышка; 13 — питатель вертикальный; 14 — выпор

Отмеченные недостатки верхней литниковой системы в значительной мере могут быть устранены при заливке форм в наклонном положении или при выполнении заливки с кантовкой. Поэтому верхнюю литниковую систему часто применяют для отливок с высотой до 100 мм, а также при литье мелких деталей в кокиль, кантовку которого обеспечивать значительно проще, чем кантовку песчаной формы.

Нижняя литниковая система

Нижняя литниковая система (рис. 1, б) в наибольшей степени обеспечивает спокойное заполнение формы расплавом, исключающее его вспенивание, разбрызгивание и окисление, хорошо задерживает неметаллические включения, находящиеся в расплаве до его поступления в форму, способствует удовлетворительной заполняемости и последовательному вытеснению воздуха и газов из полости формы. Нижняя литниковая система легко удаляется при обрубке, а расход металла на нее меньше, чем на вертикально-щелевую систему.

Однако при такой литниковой системе из-за перегрева нижних слоев формы могут нарушиться тепловой режим охлаждающейся отливки и, следовательно, самый ход последовательной направленной кристаллизации, что может привести к образованию усадочных раковин и рыхлот. Чтобы избежать образования этих дефектов, применяют холодильники, устанавливают прибыли увеличенных размеров или доливают их горячим металлом. Но этих мер может оказаться недостаточно при литье сплавов с широким температурным интервалом кристаллизации, склонных к образованию рассеянной усадочной пористости. Кроме того, при нижней литниковой системе трудно обеспечить заполняемость тонкостенных высоких отливок с развитой поверхностью. Поэтому при h_отл/δ_отл > 50 (где h_отл — высота отливки без прибылей; δ_отл — средняя толщина стенки) для обеспечения заполняемости формы применяют вертикально-щелевую или комбинированную систему. Такой тип литниковой системы в наибольшей степени отвечает требованиям, предъявляемым к литниковым системам, и поэтому получил наибольшее распространение для литья цветных сплавов.

Боковая литниковая система

Боковая литниковая система (рис. 1, в) обеспечивает заполнение нижней части отливки сверху, а верхней части — снизу. Преимущество системы — удобство выполнения в форме.

Вертикально-щелевая литниковая система

Вертикально-щелевая литниковая система (рис. 1, г) наряду со спокойным вводом расплава в форму обеспечивает хорошую заполняемость форм тонкостенных отливок, задерживает неметаллические включения при отшлаковывании в коллекторе и вертикальном колодце, создает благоприятные условия для последовательной, Направленной снизу вверх кристаллизации отливок, обеспечивая подачу Горячего металла в верхние слои отливки и прибыль. Таким образом, этот тип литниковой системы обеспечивает лучший тепловой режим и лучшую заполняемость тонкостенных высоких отливок, чем нижняя литниковая система.

К недостаткам вертикально-щелевой системы относятся: возможность вспенивания сплава в начальный момент заполнения формы и опасность возникновения местных перегревов формы в области, прилегающей к вертикальным щелям, приводящих к образованию дефектов усадочного характера, а также сложность ее выполнения в форме и удаления при обрубке.

Вертикально-щелевая литниковая система наиболее эффективна при литье высоких тонкостенных (h_отл/δ_отл > 50) отливок цилиндрической и коробчатой форм, а также при литье мелких и средних отливок в кокили, наклоняемые для устранения опасности вспенивания расплава в начальной стадии заполнения.

Ярусная литниковая система

Ярусная литниковая система (рис. 1, д и е) создает благоприятные условия для заполнения формы и кристаллизации отливки, так как наиболее горячие порции расплава поступают в верхнюю часть, а последовательная заливка снизу способствует спокойному заполнению и вытеснению воздуха. Недостаток этой системы — сложность ее изготовления, так как в этом случае необходимы несколько горизонтальных разъемов формы. Преимущественное применение ярусной системы — при литье в кокили с вертикальным разъемом. Кроме того, может использоваться при литье крупных высоких и тонкостенных отливок в песчаные формы.

Комбинированная литниковая система

Комбинированная литниковая система (рис. 1, ж), в которой сочетаются несколько типов систем, например, нижняя система с вертикально-щелевой обладает преимуществами этих систем. В этом случае форма спокойно заполняется расплавом, рационально распределяется температура по сечению отливки и тем самым обеспечивается ее последовательная кристаллизация. Эту систему применяют преимущественно для заливки крупногабаритных отливок сложной конфигурации в песчаных формах, особенно в тех случаях, когда площади горизонтальных сечений отливки резко меняются с ее высотой. Недостаток комбинированной системы — сложность выполнения и удаления ее при обрубке, а также повышенный расход металла.

Источник

Литниковые системы: элементы и принципы

Заливка металла в литейную форму

После того, как металл, например, литейный алюминиевый сплав, расплавлен и нагрет до температуры заливки, он готов для подачи его в литейную форму. Ключевым вопросом производства металлических отливок высокого качества является проектирование хорошей литниковой системы. Это еще более важно, если литье производится гравитационным методом, а не литьем с помощью давления, низкого или высокого.

Заливку расплавленного металла в литейную форму нужно выполнять осторожно и аккуратно. В противном случае в полученной после затвердевания отливке будут различные литейные дефекты, причиной которых было именно неправильная заливка расплавленного металла:

Хорошая литниковая система

Правильно же спроектированная литниковая система обеспечивает должный контроль течения жидкого металла при заполнении литейной формы.

Оптимальная конструкция литниковой системы может:

Неправильная литниковая система неизбежно приводит к нарушениям плавности и непрерывности течения металла. Результатом этого будет низкое качество отливки. Это тем более относится к алюминию и его литейным сплавам, которые являются весьма чувствительными к нарушениям плавности течения расплавленного алюминиевого сплава из-за повышенного образования шлака и оксидов.

Алюминиевые сплавы очень активно реагируют с кислородом с образованием оксида алюминия. Когда течение алюминиевого расплава происходит гладко, эти оксиды образуются на поверхности расплава и остаются там. Однако, если течение расплава является турбулентным, эти оксиды попадают внутрь расплава и приносят туда газы и включения. Поэтому, чтобы избежать нарушения непрерывности течения расплавленного алюминия литниковую систему проектируют таким образом, чтобы исключить проблемы с захватом воздуха. Это достигают путем предотвращения образования областей с низким давлением, которые могли бы приводить к засасыванию воздуха в литейную форму.

Элементы литниковой системы

На рисунке ниже представлено поперечное сечение типичной литниковой системы при литье в песчаные формы. Эта литейная форма иллюстрирует основные принципы процесса заливки расплавленного металла, в том числе, литейных алюминиевых сплавов.

Рисунок – Основные элементы типичной песчаной литейной формы.
Источник: http://www.custompartnet.com

Опока – это деревянный ящик, в котором располагается формовочная песчаная смесь.

Нижняя полуформа – это нижняя часть литейной формы.

Верхняя полуформа – верхняя часть литейной формы.

Литниковая система – это сеть каналов, которые предназначены для подачи расплавленного металла от входа в литейную форму в ее полости.

Стержень – это элемент из песка, который вставляют в форму, чтобы выполнить внутренние детали отливки.

Жеребейка – приспособление для крепления стержня.

Литниковая чаша – это часть литниковой системы, которая получает расплавленный металл из разливочного ковша. Литниковая чаша контролирует подачу металла в литейную форму. От литниковой чаши металл следует вниз по литниковому стояку – вертикальной части литниковой системы, а затем идет по горизонтальным каналам – литниковым ходам – и, наконец, через контролируемые входы – питатели или литники – в полость литейной формы.

Прибыль – резервуар для расплавленного металла, который подает металл к элементам литейной формы для предотвращения усадки в ходе затвердевания.

Физические принципы литниковой системы

Чтобы получить хорошую конструкцию литниковой системы необходимо следовать некоторым основным принципам. Расплавленный металл ведет себя в соответствии с фундаментальными принципами гидравлики. Выводы из этих принципов могут быть весьма полезным для понимания работы любой литниковой системы.

Процесс течения расплавленного металла через литниковую систему в литейную форму управляется принципами и понятиями механики сплошной среды, таким как:

Теорема Бернулли для течения расплава

Теорема Бернулли – это следствие закона сохранения энергии для стационарного течения несжимаемой жидкости. Теорема Бернулли для потока расплавленного металла заключается в том, что сумма потенциальной и кинетической энергии в любой точке такого потока является постоянной. Потенциальная энергия определяется высотой потока относительно некоторой плоскости отсчета. Кинетическая энергия зависит от скорости потока.

v = (2gh) 1/2

Из этой формулы следует, например, что чем выше расположена литниковая чаша, тем больше скорость в литнике на входе в литейную форму.

Принцип сплошности течения расплава

Принцип сплошности заключается в том, что для несжимаемой жидкости – расплавленного металла – в условиях непроницаемых стенок литниковой системы объемная скорость потока Q остается постоянной. Это значит, что для любых двух точек литниковой системы 1 и 2:

где
А – площадь поперечного сечения литниковой системы;
v – скорость потока расплава по литниковой системе.

Отсюда следует, что для ускорения потока жидкого металла площадь поперечного сечения каналов литниковой системы по ходу потока должна уменьшаться.

Характеристики течения расплава

При конструировании литниковой системы очень важно учитывать характеристики течения расплавленного металла, от которых зависит, будет это течение ламинарным, турбулентным или смешанным.

Ламинарное течение расплава

При ламинарном течении жидкость движется слоями, которые не пересекаются. При этом ламинарное течение необязательно является прямолинейным. При ламинарном течении течение идет вдоль криволинейных поверхностей и идет гладко, слоями. Более того, слои жидкости могут скользить относительно друг друга без какого-либо обмена жидкостью между слоями.

Турбулентное течение расплава

В турбулентном течении на главное течение накладываются вторичные случайные движения. В этом типе течения уже происходит обмен жидкостью между смежными слоями жидкости. Кроме того, в таком течении происходит обмен энергией между медленными и быстрыми частицами жидкости: медленные частицы ускоряются, быстрые – замедляются.

Число Рейнольдса для металлического расплава

Тип течения – ламинарный или турбулентный – определяется величиной отношения внутренних инерционных силы в жидкости к ее внутренним вязким силам. Это отношение выражается в виде безразмерного числа Рейнольдса (Re), которое можно упрощенно записать следующим образом:

Re = (инерционные силы)/(вязкие силы)

Вязкие силы возникают из-за внутреннего трения в жидкости. Зависят от динамической вязкости жидкости. Снижаются с увеличением температуры.

Инерционные силы представляют сопротивление жидкости ускорению. Увеличиваются с повышением плотности жидкости и скорости течения.

В течении с малым числом Рейнольдса инерционные силы являются пренебрежимо малыми по сравнению с вязкими силами, тогда как при большом числе Рейнольдса вязкие силы являются малыми по сравнению с инерционными силами. Для малых чисел Рейнольдса характерно ламинарное течение, а для больших – турбулентное.

Источник: Vukota Boljanovic, Metal Shaping Processes, 2010

Источник

Зачем нужна литниковая система

В обустройстве литниковой системы и прибылей в V-процессе наблюдаются некоторые различия по сравнению с процессом песчано-глинистой формовки. Чтобы наглядно объяснить суть V-процесса, мы предлагаем Вам сыграть с нами в одну игру. В этом случае мы имеем виду такие игры воображения, в какие часто играют маленькие дети; это должно нам помочь и существенно облегчить нашу дальнейшую работу.

Представьте себе огромную форму, которая производится в V-процессе — форму, которая достигает таких размеров, что Вы можете свободно в ней передвигаться. Или, если хватает воображения, представьте себя настолько маленькими, что Вы в состоянии находиться в форме в ее натуральную величину. Мы знаем, что это звучит несколько нелепо, но давайте попытаемся.

Когда Вы начнете передвигаться внутрь литниковой чаши. Вы увидите вокруг ни что иное как ровную, гладкую пластиковую пленку. Нигде никакого песка, только под пленкой. Это и есть одна из основных особенностей V-процесса; внутренняя поверхность формы полностью закрыта пленкой. Если Вы, передвигаясь по форме, увидите в ней дырку, заклейте ее, пожалуйста, клейкой лентой, чтобы не нарушить вакуум.

А теперь, пожалуйста, поищите себе при помощи Вашего воображения безопасное место, потому что теперь мы начинаем заливать в форму жидкий металл. Не бойтесь сгореть. Если Ваше воображение было до этого момента настолько богатым, то и теперь Вы, наверняка, в состоянии представить себе, что Вы не восприимчивы к расплавленному’ железу.

Как Вы увидели, жар расплавленного металла не разрушает пластиковую пленку. Тем не менее пленка частично испаряется от соприкосновения с жидким металлом. При этом форма теряет способность удерживать вакуум. Другими словами, давление в форме приравнивается атмосферном) давлению вне полости формы, сила тяжести начинает превалировать и форма разрушается или размывается.

Однако как только металл соприкасается с пленкой, происходит нечто очень интересное: пленка выпаривается, проникает в песок и образует вместе с песком спеченную оболочку вокруг металла. Отличие от Кронинг-процесеа (литья в оболочковые формы) состоит в том, что отверждаемые смолы в Кронинг-процессе смешиваются с песком, в то время как в V-процессе используется пленка из не отвердевающего искусственного материала.

В этом состоит секрет V-процесса. Когда пленка испаряется, вакуум нарушается, если металл сразу же не принял на себя герметизирующую функцию пленки. После этого металл застывает, а вакуумная камера остается неповрежденной.

Если Вы все еще находитесь в воображаемой форме, мы хотели бы показать Вам другое явление.

Виды глауконитового песка или химической формовочной смеси имеют естественную газопроницаемость. В каждой форме находится воздух, и, как только заливочная воронка наполняется, воздух должен быть удален из формы, чтобы освободить место жидкому металлу. Именно так и происходит, воздух выходит через песок в атмосферу. Но заключенная в пластик форма газонепроницаема. Куда же, в таком случае, деваться воздуху? В качестве решения предлагается покрытое пластиком воздуховытяжное отверстие в самой верхней точке модели. Оно является совершенно неотъемлемой частью вакуумной формы. Японцы называют это выпускное отверстие «соединительным каналом», так как оно соединяет полость формы с внешней средой.

Соединительный канал выполняет интересную и необходимую функцию. Как только металл заполняет заливочную воронку, заключенный в форме воздух с газами сгорания резко выталкивается через соединительный канал. Этот процесс продолжается всего несколько секунд, однако, он необходим. Без него металл вобрал бы эти газы, что привело бы к дефекту отливки.

Через несколько секунд соединительный канал начинает выполнять свою вторую функцию. Пленка на поверхности формы при соприкосновении с жидким металлом постепенно плавится, и вакуум, к которому подсоединена форма, вытягивает воздух из полости формы через песок в вакуумный насос. Теперь функция соединительного канала состоит в том, чтобы пропустить воздух в полость формы. Если бы не было соединительного канала, баланс воздуха, вытесненного вакуумом, не был бы достигнут.

Давление в незаполненной части полости формы уравновесилось бы с давлением вакуума в форме, и форма просто бы разрушилась.

Теперь, после того как Вы представили себе этот процесс, мы вернемся к заливке, снабдив Вас некоторой полезной информацией.

Литниковые чаши

Литниковые чаши могут использоваться со всеми наиболее широко применяемым формам. Рис. 3.1. показывает как раз некоторые примеры. Если литниковая чаша помещена поверх верхней полуформы, она должна быть также покрыта пленкой. Рисунок А показывает неудачную форму литниковой чаши, так как в этих случаях литниковая чаша размывается или усекается.

Вариант, изображенный на рисунке В, прсдпоччичелен, пока литниковая чаша наполняется в процессе литья. Когда она пуста, после того как металл опланил пленку, она рачрушастея. На рисунках C,D E, и F изображены все стандартные конфигурации, которые возможны в производстве. У вариантов C, D имеются дополнительное преимуществ, так как они легче сохранятся а наполненном виде.

Если поверх личинковой воронки будет находиться стержневой яшик или яшик с формовочной смесыо, отверстие должно быть не больше чем диаметр воронки, так как иначе, ее края могут быть размыты или усечены.

И любом случае важно, чтобы личинковая чаша оставалась наполненной до завершения процесса заливки

Заливочные воронки

Рисунок 3.2. показывает три способа размещения съемной литниковой чаши на форме.

Заливка металла в форму в V-процессе должна происходить быстрее, чем в процессе песчано-глинистой формовки. Рис.3.3 показывает в сравнении время заливки форм из серого чугуна с различной толщиной стенок. Конечно, время заливки зависит и от радиуса литниковой воронки.

Другие важные детали, касающиеся процесса заливки, рассматриваются в отдельной главе.

Время заливки чугуна с шаровидным графитом применительно к V-процессу рассчитывается при помощи следующей формулы:

Т — время заливки в сек.

S — коэффициент, рассчитываемый в зависимости от толщины и веса (1,1 — 1,45)

Для V-процесса рекомендуется более быстрый и спокойный процесс заливки, так как благодаря этому опасность повреждения пластиковой пленки сводится к минимуму. Если процесс заливки происходит медленно, форма может разрушиться, а давление в полости формы — упасть. Рис. 3.4 иллюстрирует рекомендуемую скорость заливки для серого чугуна, рис.3.5 — для стали.

Прямую, не конической формы, воронку довольно сложно пЬлностью заполнить жидким металлом, как это показано на рисунке 3.6. Жидкий металл, который течет вниз по воронке все быстрее за счет ускорения, образует конусообразный поток. Пленка в воронке во время заливки испаряется. Если литниковую воронку не заполнять полностью, площадь освободившегося песка может увеличиться так, что это может привести к выравниванию давления и привести к размыванию или к обрушению формы. Рис.3.6.

Типы заливочных отверстий

Поэтому возникает необходимость в конусообразной литниковой воронке. Для этого конусообразную деревянную модель оборачивают пленкой и уплотняют сверху и снизу клейкой пленкой, как показано на рис.3.7

Для для обустройства литниковых воронок или прибылей и форме можно воспользоваться небольшим приспособлением, Пленки нагревается над формой И опускается на нее, как и при обычной под того икс модели в V-процееее, ( см, рис, 3.8

Имеется также дна других шил воронок, которые возможно использовить,Часто используются керамические или графитовые трубки, как в сталелитейном производстве, в Японии применяются даже стальные трубы, которые не требуют дополнительной герметизации, гак как они, по причине свойств метала, не пропускают ваакуум, графитовые трубки должны быть обтянуты пленкой н заклеены с верхней и нижней стороны. На модельной плите должна быть предусмотрена цапфа, которая облегчает ее наклеивание на боконую сторону модели, как это показано на рис, 3,9

Альтернативой может служить модель воронки из стиропора, которая, как зто показано на рис.3.10, оставляется в форме. Однако а середине должно быть просверлено (или сформовано) отверстие диаметрам 10 мм. В отсутствие отверстия ноток металла остановится. Поверхность всех литниковых воронок за исключением стальной грубы — должна быть обтянут» или покрыта пленкой. Конечно, существуют керамические ли тиковые воронки, не пропускающие вакуум. Их не обязательно покрывать пленкой.

Чтобы предотвратить турбулентность, возникающую в полости формы, рекомендуется выполнять переход от литника к шпателю в виде галтели. рис. 3.11

С гем чтобы воронка в процессе заливки всегда была бы наполнена, воспользуйтесь, пожалуйста, формулой, представленной на рисунке 3,12

Системы питателей и литниковые системы

Несмотря на то, что возможно использовать различные виды литниковых воронок, питателей и литников, лучше было бы оговорить прием, который позволил бы держать литниковую систему заполненной в процессе млнвки. Посредством этого предотвращается возможность разрушения пластиковой пленки и поломки формы. Для питателей не имеет значения, уже ли они, чем литниковая воронка, однако это не относится к литникам. Рассмотрим пропорции «воронка — питатель — литник»:

10 : 12 : 8
10: 9:8
10: 12 : 10
10: 7: 5
10:6:6
и т.д.

В случае если отливка имеет большую ровную поверхность, используют следующие пропорции:

10 : 12 : 15
10 : 18 : 15
10:18: 13
10:18: 12
10 : 15 : 15
и т.д.

Однако каждому литейщику известно, что сама по себе ли тиковая сне гема не является единственной предпосылкой для качественных отливок.

На каждом литейном заводе, на котором вводится V-процесе, процесс обучения и модернизации неотвратим. В начале необходимо попыгагься воспользоваться уже имеющийся литниковой системой. В случае возникновения трудностей воспользуйтесь для изготовления новых моделей следующими ориентировочными значениями:

Серый чугун: 1 : 1 — 2 : 0,8 — 1,2

Сталь: 1 : 1,2-2 : 1,2 — 2

Бронза: 1 : 2 — 3 : 2 — 5

Алюминий: 1 : 2 — 3 : 1,8 — 3,5

Задача литниковой системы состоит в том, что она должна обеспечивать:

а) быструю, но не интенсивную

в) без попадания посторонних веществ заливку металла в форму.

ТЕКСТ СТР 31

Этот пример показывает, что лучше избегать сужения каналов литниковой системы

ЕСЛИ ОТЛИВКА ИМЕЕТ БОЛЬШУЮ, РОВНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ МОЖЕТ ОКАЗАТЬСЯ НЕОБХОДИМЫМ, УСТАНОВИТЬ ФОРМУ ПОД УГЛОМ 20%\ ЧТОБЫ
МЕТАЛЛ мог свободно прибывать В ФОРМЕ.

Причина этом очевидна. Неровно лёгший в середине формы расплавленный металл будет способствовать сгоранию пленки, но металл не сможет герметизировать форму, потому что она еще не достаточно наполнена. Если форма имеет уклон, металл заливается сначала в самую нижнюю точку формы, постепенно прибывает, оплавляет пленку и сразу же заменяет ее собой, благодаря чему вакуум не нарушается.

Если ли шик на СТОЛЬКО узок, что подаваемый металл попадает на боковую стенку полости формы, он должен быть расширен, чтобы снизить интенсивность потока металла, В этом случае поверхность литника должна увеличиться но сравнению с выпускным отверстием. Пожалуйста, при построении литниковой системы следите за тем, чтобы поток металла был ровным и равномерным. Особое внимание уделите входным отверстиям с множеством литников, так как форма в месте примыкания литников может быть повреждена. В таком случае необходимо на вею ширину формы установить щелевой литник. см. рис. 3.16 Места стыков на литнике и питателе должны быть скруглены, чтобы предотвратить размывай но песка потоком металла. Для этого обратите пниманис на рис.3.17.

Некоторые примеры литниковых систем приведены на рис.3.18 и 3.19.

Керамические литниковые системы

У-процесс разрешает использование керамических литниковых систем. Все соединения должны быть обернуты целлофановым глютеном в 2-3 слоя, чтобы предотвратить затягивание песка в форму.

Если возможно вставить керамические трубы в специально изготовленные углубления, возможно отказаться от наклеивания.

Если керамическая литниковая система монтируется на модель перед покрытием ее пленкой и формуется вместе с ней, может случиться, что пленка на особо критических участках натягивается, не приклеиваясь к поверхности. Обычно, это не оказывает негативного влияния на форму.

Конструкция литиковой системы

Если уже имеющаяся у Вас в наличие литниковая система не удовлетворительно работает по Y-процессу, для расчета новей системы Вам поможет следующая формула.

Воспользуйтесь рис З.З для определения времени заливки, и тогда можно приступать к расчетам для всей литниковой системы следующим образом:

W — вес заливаемого металла Кг

С = коэффициент текучести* 0,4-0,7 (см.рис.3.20)

Р — удельный вес металла 0,007 кг/см

Т = время заливки в секундах g = гравитация 980 см/сек2

Н = верхний предел заливки металла до литника (см.рис.3.21)

Полученное значение А совпадает с сечением литника при верхней заливке и сечением литниковой воронки при нижней заливке.

К конструкции литниковой системы для чугуна с шаровидным графитом приступают после установления точного времени заливки. См. доп. рис. 3.3.

Сечение питателя рассчитывается по следующей формуле:

W = вес заливаемого металла кг

Р = удельный вес металла 0,007 кг/см3

С = коэффициент текучести*

Т = время заливки в секундах g = гравитация (см.рис.3.3.)

Н = верхний предел заливки металла до литника 980 см/сек2 см

Полученное значение А совпадает с сечением литника при верхней заливке.

* = см. расчет значения С

Значение С рассчитывается^нри помощи следующей формулы: С = Ct — (а + b + у)

С — коэффициент текучести для всех литниковых систем

Ct — коэффициент текучести, если литник подводится снизу (см.рис.3.22.)

а — сопротивление при проходе металла через питатель

b — сопротивление при проходе металла через литник (см.рис.3.23)

у — сопротивление при проходе металла через отвод керамической трубы в

нижней оконечности воронки (см.рис.3.23)

Если площадь литника определена, размеры литниковой воронки, лнгникового канала н лнтннка могут быть определены при помощи данных ниже пропорций:

Если соотношение равно 10 : I2 : 8

(заливочное отверстие — канал — литник соответственно).

а площадь литниковой воронки = А,

поперечное сечение питателя F/L = А/10 х 12,

площадь литника будет равна F/L = А/10 х 8

Если соотношение равно 10 : 12 : 8

а заборная поверхность — А,

то площадь литниковой воронки равна F/е = А/8 х 10,

а поперечное сечение питателя F/l = А/8 х 12

Соединительный канал

Соединительный канал уже упоминался ранее, но так как признание важности его функции имеет большое значение, рассмотрим её еще раз во всех подробностях.

В обычном процессе песчано-глинистой формовки воздух, находящийся внутри формы, выходит на поверхность либо благодаря газопроницаемости песка, либо через специальные воздуховытяжны�� отверстия или открытую прибыль.

Так как в V- процессе форма обтягивается газонепроницаемой пластиковой пленкой, она не пропускает воздух, по крайней мере, до того момента, пока в форму не заливается металл. Таким образом, первая задача соединительного канала состоит в том, что он пропускает через себя, подобно воздуховытяжному отверстию, смесь газа и воздуха.

Если не дать выхода газу и воздуху через соединительный канал, возникает брак отливки по причине наличия газа в металле или это приведет к обрушению формы.

До начала заливки канал соединяет полость формы с внешней средой; он ведет себя нейтрально, воздух не выталкивается, но и не всасывается. В начале заливки воздух резко выталкивается из формы. Этот процесс длится менее одной секунды. После этого воздух затягивается в полость формы через соединительный канал, чтобы компенсировать понижение давления в форме, которое возникает благодаря подключенному вакууму. Позднее, после того как полость формы и соединительный канал наполнены металлом, движение воздуха внутри соединительного канала прекращается, за исключением возможности всасывания небольшого количества воздуха в конце процесса заливки.

На примере покрашенной формы наблюдается другая реакция. Соединительный канал ведет себя также нейтрально до начала заливки, однако он выталкивает намного большее количество воздушно-газовой смеси за более длительное время, чем в первом случае, где этот процесс длится ок. 1 сек. После этого наблюдается непрерывное всасывание небольшого количества воздуха до тех пор, пока канал сам не будет заполнен металлом. После того как еще раз выталкивается оставшийся воздух и газ, движение воздуха по каналу прекращается.

Различие между окрашенной и неокрашенной формами легко объяснимо. Вследствие термических реакций металла с краской образуется большое количество газов. Они абсолютно безопасны, и покраска формы в любом случае предпочтительна.

К фазе резкого выталкивания воздуха в начале заливки непосредственно примыкает к этапу всасывания воздуха. Пленка над поверхностью прибывающего металла сгорает. Вследствие этого воздух из полости формы может быть выведен только при помощи вакуумной системы. В течение этой фазы соединительный канал засасывает воздух в форму. Если соединительное отверстие в форме не предусмотрено, внешний воздух не может компенсировать выкаченный вакуумной системой воздух и поддерживать баланс давления в полости формы. Давление в пустой полости формы и внутри песчаной формы уравновешивается и форма разрушается.

Если все же соединительный канал имеется, воздух, заключенный в форме, может выйти с началом заливки, с другой стороны, воздух также беспрепятственно может попасть в полость формы, что необходимо для компенсации выкаченных вакуумной системой газов.

Правильно размещённый соединительный канал предотвращает падение давления н полости формы. Благодаря этому в полости формы сохраняется атмосферное давление, а а форме — пониженное давление. Вследствие этого контуры формы сохраняются.

Если соединительный канал удачно расположен, он может принять на себя функцию прибыли или питателя, но необходимо соблюдать осторожность. Маленький соединительный канал, проделанный для отливки с массивными стенками, может привести к возникновению усадочных раковин, после того как металл отливки на участке, находящемся напротив соединительного канала, остынет.

Если соединительный канал во время выталкивания воздуха из формы издает свистящий звук, ото значит, что он слишком узкий.

Скорость выталкивания воздуха не должна превышать 30 м/сек. Сечение соединительного канала может быть уменьшено, если применяется формовочная краска, тоже самое при применении сплавов с низкой температурой заливки, например цветных металлов.

Расположение соединительного канала

Если расплавленный металл достигает соединительного капала перед гем как будет заполнена полость формы, соединительный канал не сможет выполнять свою задачу. Полому его необходимо располагать по возможности в самой высокой точке формы. Эго та точка, которую расплавленный металл достигает в самом конце заливки. Ист необходимости подводить дополнительные каналы к небольшим возвышениям в форме, как по показано на рис.3.27, так как они уже заполняются металлом перед гем, как давление в форме и в ее полости сбалансировано, и поэтому что не может привести к разрушению формы.

Размерные ограничения для этих возвышений зависят от того, применялась ли формовочная краска или нет п насколько быстро происходит заливка формы.

Когда возможно отказаться от соединительного канала?

Соединител ьный канал необходим для производства большей части отливок. Тем не менее, есть исключения, где можно отказаться от соединительного канала:

1. При производстве отливок маленького размера в одной форме, покрытой жаропрочной формовочной краской;

2. Если стержень занимает большую часть полости формы и при этом сам связан с внешней средой. В этом случае воздух выходит из середины формы через стержень и вентиляцию стержня. При изменении давления воздух будет удаляться через стержень или стержневые вентиляционные каналы. См. рис.3.28.

Примечание: Соединительные каналы, наполненные металлом, застывают и удаляются с отливки при чистке. Поэтом) необходимо расположить их как можно удачнее.

Рис.3.29 демонстрирует расположение соединительных каналов с дополнительной вентиляцией, при которой не требуется дополнительная очистка.

Принцип действия соединительного канала во время заливки Были проведены сравнительные испытания, чтобы исследовать функции соединительного канала в условиях изменения давления в полости формы и в форме во время заливки. Условия проведения этого эксперимента показаны на рисунке 3.30.

Размер опоки — 700 х 450 х 125/125мм

Вакуумный фильтр — (вакуумная трубка) стальная труба 0 25, обернутая проволочной сеткой

Размер модели — 200 х 400 х 60 мм

Литниковая воронка — d 20 мм

Метод заливки — с уклоном (9°)

Давление вакуума — — 400 мм рт.ст.

Соединительное отверстие — отсутствует, d3-d5-d10-d20

Песок — кварцевый песок, AFS 103

Пять диаграмм на рис.3.31 (давление иакуума I зависимости от времени заливки) показывают, как остановить падение давления а полосги формы, если увеличить площадь соединительного канала. С’оелтмггелi.m.iii канал должен иметь больший диаметр, чем заливочное отверстие, чтобы предотвратить чрезмерное падение даалеппм а полости формы. Криаая изменения давления внутри формы является результатом намерении, которые проводились только водной точке. Когда заливается расплавленный металл в форму, прилегающая к нему пленка сгорает, и воздух может быть выкачан из полости формы. Как результат — давление в форме понижается.

После этого форма вновь герметизируется за счет металла.

Высшая точка на кривой показывает момент, когда уровень заливаемого металла перекрывает точку замера. Так как крепость формы зависит от разницы давления внутри формы и в полости формы, рекомендуется соединительный канал большего диаметра, чем литниковая воронка.

Аналогичному испытанию была подвергнута небольшая отливка (20 мм), чтобы сравнить изменения давления в полости формы п в форме, когда время заливки очень короткое.

Если соединительный канал не предусмотрен, падение давления в полости формы при проведении выше описанного эксперимента, аналогично случаю, если отливка имеет более толстые стенки. Разница давления в форме и в ее полости очень мала, что приводит к размягчению формы. Уже при наличии соединительного канала диаметром 5 мм разница давлений увеличивается по сравнению с вышерассмотренным экспериментом на более массивной отливке, так как давление в полости формы понижается, а давление на внутренней поверхности формы не может повыситься, причиной чему служит маленькое время заливки. Поэтому можно проделать в стабильной, устойчивой форме маленький соединительный канал, когда время заливки значительно укорачивается. В этой связи см. рис.3.32.

Рисунки 3.31 и 3.32 по дополнительному запросу.

Размер и форма соеденительного канала

Окончательные размеры соединительного канала устанавливаются относительно размером и формы производимой отливки. В общем и целом, однако, следует соблюдать следующие правила:

1. Соеденительный канал никогда не должен быть меньше литниковой воронки. Единственное исключение составляют вышеуказанные случаи

2. При производстве относительно маленьких отливок диаметр соединительного канала должен быть в два раза больше диаметра литниковой воронки.

3. Если отливка средних или больших размеров, диаметр должен быть в три раза больше диаметра литниковой воронки.

Примечание: Прибыль, особенно когда она открытая, может брать на себя функцию соединительного канала.

Обычно соединительный канал имеет округлую форму, однако она не всегда возможна.

При производстве отливки, аналогичной изображенной на рисунке 3.34, возможен исключительно прямоугольный соединительный канал. В этом примере имеет место соотношение 2:1, т.е. площадь соединительного канала в два раза больше площади литниковой воронки

Прибыль

В производстве по V- процессу возможно использование верхней, закрытой и боковой прибыли при соблюдении определённых условий

когда применяется закрытая прибыль, необходимо наличие соединительного канала, как показано на рис. 3.35

Прибыль может также выполнять функцию соединительного канала, если она удачно расположена. Удачный пример этого изображен на рис.3.35.

Простой способ вентилирования закрытой прибыли путем применения стержня Вильямса показан на рис.3.36.

На рис.3.37 изображена литейная форма, в которой необходимым условием для производства отливки заданной формы является наличие соединительного канала и прибыли. Если бы не было возвышения в правой части отливки или оно было бы незначительным, тогда возможно было бы отказаться от соединительного канала.

Размер прибыли

В V — пороцессе, по сравнению с процессом песчано-глинистой формовки, дает незначительную усадку металла. тому есть две причины:

I. Форма, производимая для V-процесса, имеет большую прочность и плотность, Поэтому возможность вспучивания формы значительно сокращается. Согласно этому, прибыль должна обеспечивать точность размера отливки, а не увеличение её размеров за счёт изменения положения внутренних стенок формы.

Форма а V-процессе долго остаётся нагретой, так как песок не содержит никаких охлаждающих элементов (например, воды),

Эксперименты покачали, что в V-процессе используется на 60 % меньше металла для подпитки отливки, чем в процессе песчано — глиняной формовки. Этот фактор также необходимо учитывать при расчете экономичности процесса,

Избыточное количество прибылей намного более затратно, чем кажется Появляется необходимость большем количестве металла, что снижает производительность, а также повышаются расходы на очистку. Производитель должен обратить особое внимание на количество и размер прибылей, и прежде всего при производстве новых моделей.

Две отдельные формы в одной опоке

Если Вы уже определились с размером опоки, возможно, что Вы захотите производить отливки, которые будут слишком малы хтя выбранной Вами опоки, а соединение нескольких различных полостей форм с одной литниковой воронкой окажется невозможным. Для этого Вам необходимо оснастить опоку двумя отдельными системами: с отдельной литниковой воронкой, литниковой системой хтя производства каждой отливки. При соблюдении некоторых основополагающих условий такая конструкция является возможной.

Между этими двумя системами должна находиться промежуточная полость с минимальным размером в 100 мм. При производстве отливок с толстыми стенками это расстояние должно быть увеличено. Причиной тому является интенсивный теплообмен. Жар при изготовлении одной отливки может повлиять на полость второй формы, перед заполнением её металлом, и оказать влияние на пленку.

По этой причине предпочтителен короткий промежуток между заливкой металла в одну, а потом в другую форму.

После того, как отлита первая отливка, литниковую воронку покрывают слоем песка, а сверху — пленкой. Это помогает сохранить вакуум. Необходимо помнить, что возможность утечки после заливки возрастает, но вакуум необходимо удерживать, чтобы сохранить контуры еще не заполненной формы.

Эту технику легче всего применять к металлам, которые имеют низкую температуру заливки — как, например, алюминий. При работе с металлами, требуюущими высокой температуры заливки, многое необходимо изучать на практическом опыте.

В V-процессе существует непреложное правило: стержни не должны подвергаться вентиляции. Это, возможно неожиданное, утверждение легко объясняется.

Рассмотрим обыкновенный круглый стержень, который хранится в стержневом знаке. В обычной практике литья воздуховыводящий канал проходил бы через полость стержня к стержневому знаку и оттуда — через верхнюю опоку во внешнюю среду.

Вентиляция аналогичного стержня происходит в V-процессе совершенно иначе. По углам предварительно формованного стержневого знака обгарает пленка, до тех пор пока он не соприкоснется с металлом. При этом образуется тонкая, не покрытая пленкой полоска песка, которая примыкает прямо к стержню. Через эту щель вакуумом вытягиваются стержневые газы (см.рис.3.39).

В случае возникновения проблем с вентиляцией стержней можно использовать нормальные, вертикальные вентиляционные каналы. Формовка таких отверстий подобна таковой литниковой воронки, т.е. обтянутый пленкой круглый деревянный каркас насаживается на стержневой знак и герметизируется на стыках с контурной и покровной пленкой клейкой лентой.

По возможности следует отказаться от вентиляции стержня, которая напрямую ведет через форму во внешнюю среду. Такое расположение не только стоит денег и времени, но через нее и стержень в полость формы может проникнуть дополнительный воздух, что может негативно повлиять на сохранение баланса давления.

Собственно говоря, и здесь, как н в любом правиле, есть свои исключения. Это как раз тот случай, когда при производстве отливки из стали применяется большой стержень, который способствует возникновению большого количества газов сгорания. В этом случае лучше использовать вентиляционный канал в области разъема опок.

В некоторых случаях необходимо расположить стержневой знак в углу опоки. Если расстояние окажется слишком большим, а стержневой знак очень длинным, при формовке можно предусмотреть маленький вентиляционный канал.

На многих сталелитейных предприятиях используются стержни Вильямса или Firecracker-стержни. Против использования этих стержней мы ничего сказать не можем, однако необходимо предусмотреть вентиляционное отверстие, подведенное к верхней поверхности верхней полуопоки, чтобы воздух мог свободно выходить.

Не следует также забывать, что под вакуумом находятся также эти стержни, т.е. даже на поверхности стержня возникает отрицательное давление, которое будет способствовать затягиванию металла в стержень. Поэтому стержень, не обработанный жаропрочной краской, будет проявлять тенденцию к пропусканию металла. Обтягивание пленкой модели, в которую вставлен стержень, показано на рис.3.40.

Paзмещение стержней и жеребеек

Примеры того, как может производиться размещение стержней и верхней полуопоке для V-процесса, изображены на рис.3.41.

Жеребейки устанавливаются самым обычным обратом. Однако время от времени может так случаться, что вакуум в форме будет ослабевай., из-за чего жеребейки будут вдавливаться в стенку формы, что может привести к разной интенсивности формовки. Предложения но предотвращению мою явления приведены ниже рис.3.42.

Использование кристаллизаторов и холодильников

Применение кристаллизаторов распространено в V-процессе. Их размещение аналогично таковому для песчано-глинистой формовки. Кристаллизаторы могут быть помещены либо под, либо поверх пленки. Примеры этого показаны на рис.3.43.

Если исп��льзуется холодильник, который не примыкает к пленке непосредственно, то он должен быть помещен в слегка уплотненный, незакрепленный песок. (См.рис.3.44.)

Способ действия косвенного вентиляционного канала для закрытой прибыли,

Эффект подпитки из стали производимых по V-процессу — посредством закрытой прибыли был тщательно исследован в сравнении с обычными методами.

Эффект подпитки и уровень усадки были проверены посредством Рентген- облучепия.

1, Протекание эксперимента

1.1. Форма для тестируемых отливок

Размеры отливок показаны па рисунках 3,45 и 3,46, «Отсутствие вентиляции» подразумевает в этом случае: косвенная вентиляция в V- процессе и отсутствие таковой в СО2-процессе,

В каждую из форм была залита нелегированная сталь (V-процесс и СО2-процесс).

1.3. Условия заливки:

Условия заливки показаны па рис.48. Размеры стержня Вильямса показаны па рис.3,47.

1.4. Исследование peнген-лучами:

Каждая скрытая прибыль была обследована при помощи рентгена, чтобы можно было бы установить наличие эффекта подпитки и уровень усадки,

1.5. Скорость остывания;

Скорость остывания в обоих процессах (V-процссе и СО2. процесс) измерялась при помощи внутреннего пирометра. На рис.3.49 обозначены точки измерения, на рис.3.50 условия литья экспериментальных отливок, но которым измерялась скорость остывания.

Рис.3.51 показывает скорость остывания для скрытой прибыли и обоих процессах.

Уровень заполнения скрытой прибыли для безупречной заливки формы (с возможной усадкой) приведены в виде таблицы на рис.3.52. Рис.3.53 показывает результаты рентген-облучения.

Применение скрытой прибыли с косвенной вентиляцией в V-процессе эффективнее, чем применение скрытой прибыли с обычной вентиляцией, п почти такое же по эффективности, как в СО2-процессе.

Источник