ЛИТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ
Н азначение литниковой системы
Литниковая система – это система каналов и резервуаров для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, её заполнения и питания отливки при затвердевании. Литниковая система должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержку шлака и других неметаллических включений, выход паров и газов из полости формы, непрерывную подачу металла к твердеющей отливке. После окончания литья избыточный металл, заполняющий литниковую систему, застывает, сохраняя форму её каналов и образуя отход, подлежащий отделению от самой отливки.
Рис. 33Л . Литниковая система
1 – литниковая чаша; 2 – стояк; 3 – шлакоуловитель; 4 – питатель; 5 – выпор; 6 – прибыль.
Основными элементами литниковой системы (рис. 33Л) являются: 1 – литниковая чаша (воронка ), которая предназначена для приёма струи расплава, вытекающей из разливочного ковша, и частичного задержания попадающего вместе с расплавом шлака; 2 – стояк – вертикальный или наклонный канал, передающий расплав из литниковой чаши внутрь литниковой системы; 3 – шлакоуловитель – горизонтальный канал, расположенный, как правило, в верхней полуформе и служащий для задержания шлака и передачи расплава из стояка к питателям; 4 – питатель – канал, подающий расплав непосредственно в полость литейной формы (питатель может быть как один, так и несколько, и они обычно располагаются в нижней полуформе); 5 – выпор – вертикальный канал для вывода газов из полости формы, сигнализации об окончании заливки, питания отливки расплавом при затвердевании; 6 – прибыль – резервуар с расплавленным металлом, обеспечивающий его непрерывный подвод к массивной части отливки, застывающей последней (при наличии нескольких массивных частей прибылей также может быть несколько).
Выбор места подвода металла к отливке
При выборе места подвода металла к отливке обязательно учитывается принцип затвердевания отливки. Так как отливка по своей конструкции склонна к направленному затвердеванию, то металл лучше подводить в ее массивные части.
Разновидности литниковых систем
Литниковые системы, в зависимости от формы, размеров отливки и свойств литейного сплава, имеют различное устройство.
1.По способу подвода расплава в рабочую полость формы литниковые системы делят на: верхнюю, сифонную (нижнюю), ярусную, вертикально-щелевую (рис. 34Л).
Рис. 34Л. Типы литниковых систем
а - верхняя; б – сифонная (нижняя); в – боковая; г - ярусная; д –вертикально- щелевая;
1 – литниковая чаша; 2 - стояк; 3 -шлакоуловитель; 4 - питатель; 5 - выпор; 6 - отливка
Верхняя литниковая система (рис. 34Л, а).
Достоинствами системы являются: малый расход металла; конструкция проста и легко выполнима при изготовлении форм; подача расплава сверху обеспечивает благоприятное распределение температуры в залитой форме (температура увеличивается от нижней части к верхней), а следовательно, и благоприятные условия для направленной кристаллизации и питания отливки.
Недостатки: падающая сверху струя может размыть песчаную форму, вызывая засоры; при разбрызгивании расплава возникает опасность его окисления и замешивания воздуха в поток с образованием оксидных включений; затрудняется улавливание шлака.
Верхнюю литниковую систему применяют для невысоких (в положении заливки) отливок, небольшой массы и несложной формы, изготовленных из сплавов, не склонных к сильному окислению в расплавленном состоянии (чугуны, углеродистые конструкционные стали, латуни).
Сифонная (нижняя) литниковая система (рис. 34Л, б)
Широко используется для литья сплавов, легко окисляющихся и насыщающихся газами (алюминий), обеспечивает спокойный подвод расплава к рабочей полости формы и постепенное заполнение ее поступающим снизу без открытой струи металлом. При этом усложняется конструкция литниковой системы, увеличивается расход металла на нее, создается неблагоприятное распределение температур в залитой форме ввиду сильного разогрева ее нижней части. Возможно образование усадочных дефектов и внутренних напряжений. При такой системе ограничена возможность получения высоких тонкостенных отливок (при литье алюминиевых сплавов форма не заполняется металлом, если отношение высоты отливки к толщине ее стенки превышает 60, H/δ≥60).
Боковая литниковая система (рис. 34Л, в).
Подвод металла осуществляется в среднюю часть отливки (по разъему формы).
Такую систему применяют при получении отливок из различных сплавов, малых и средних по массе деталей, плоскость симметрии которых совпадает с плоскостью разъема формы. Является промежуточной между верхней и нижней, и следовательно сочетает в себе некоторые их достоинства и недостатки.
Ярусная литниковая система (рис.34Л, г).
При ярусной литниковой системе подача расплава осуществляется на нескольких уровнях. Питатели действуют последовательно, начиная с нижних, по мере подъема уровня металла в полости формы. Эти системы, обеспечивающие спокойное заполнение и горячий металл в головной части потока, широко применяют при изготовлении крупных и тонкостенных отливок из черных и цветных сплавов.
Вертикально-щелевая литниковая система (рис.34Л, д) .
Разновидность ярусной. Предназначена, главным образом, для цветных металлов и сплавов.
2. По гидродинамическому признаку литниковые системы подразделяются на сужающиеся и расширяющиеся.
Пример боковой сужающейся литниковой системы приведен на рис. 35Л.
|
Вид А Вид А (вариант)
|
Рис. 35Л. Литниковая система на фронтальном виде а и виде сверху б, в :
1 – литниковая чаша; 2 – стояк; 3 – шлакоуловитель; 4 – питатель; 5 – выпор; 6 – прибыль; 7 – коллектор.
Коллектор – распределительный горизонтальный канал, иногда выполняемый между шлакоуловителем и питателями для одновременного направления расплава к различным частям полости литейной формы.
Принцип работы шлакоуловителя (рис. 36Л) основан на том, что шлак имеет значительно меньшую плотность, чем расплавленный металл, в связи с чем, попав из стояка 1 в шлакоуловитель 2 , он всплывает наверх и остаётся в верхней части шлакоуловителя, не имеющего соединения с полостью литейной формы, а в расположенные ниже питатели 3 , выходящие непосредственно в полость формы, поступает лишь более тяжёлый расплавленный металл.
Сужающаяся литниковая система используется при изготовлении чугунных отливок и имеет последовательное уменьшение площадей S поперечных сечений стояка 1 (рис. 36Л), шлакоуловителя 2 и питателей 3 , т.е. S с > S ш > S п. Такая литниковая система обеспечивает быстрое заполнение расплавом всех каналов и лучшее улавливание шлака. Однако в полость литейной формы расплав поступает с высокой скоростью, что может приводить к разбрызгиванию и окислению расплава, захвату воздуха и размыву формы.
Расширяющаяся литниковая система используется при изготовлении стальных отливок, а также отливок из алюминиевых, магниевых, медных и других легкоокисляющихся сплавов, и характеризуется последовательным увеличением площадей поперечных сечений стояка 1 , шлакоуловителя 2 и питателей 3 , т.е. S с < S ш < S п. В такой литниковой системе скорость потока расплавленного металла снижается от стояка к питателям, в результате чего металл поступает в полость литейной формы спокойно, с меньшими разбрызгиванием, окислением и размытием стенок формы.
Типы литниковых систем
К атегория:
Литейное производство
Типы литниковых систем
Литниковой системой называют совокупность каналов и резервуаров, по которым жидкий металл из ковша поступает в полость литейной формы. Литниковая система оказывает существенное влияние на качество отливок; неправильно сконструированная или неправильно рассчитанная она может явиться причиной брака отливок.
Основными элементами литниковой системы являются следующие.
Литниковая воронка или чаша - резервуар, предназначенный для приема жидкого металла из ковша, частичного удержания шлака (в чаше) и передачи металла в стояк.
Стояк - вертикальный (иногда наклонный) канал круглого, овального или иного сечения, предназначенный для передачи металла из чаши (воронки) к другим элементам литниковой системы (шлакоуловителю, питателям).
Рис. 1. Элементы литниковой системы
Литниковый ход, называемый «шлакоуловителем» для чугунного литья и коллектором для цветного, - это горизонтальный канал предназначенный для удержания шлака и передачи металла стояка к питателям.
Питатели (литники) - каналы, предназначенные для передачи металла непосредственно в полость формы.
Рис. 2. Типы литниковых систем: 1 - чаша (воронка); 2 - стояк; 3 - литниковый ход; 4 - питатель; 5 - выпор; 6 - отливка
Литниковые системы делят на пять основных типов:
1. Верхняя литниковая система (рис. 2, а). Питатели подводят либо в верхнюю часть отливки, либо в прибыль или под прибыль.
2. Нижняя или сифонная литниковая система (рис. 2, б). Питатели подводят в нижнюю часть отливки.
3. Боковая литниковая система (рис. 2, в). Питатели подводят по разъему формы.
4. Ярусная (этажная) литниковая система (рис. 2, г). Питатели подводят к отливке на нескольких уровнях. Разновидностью ярусной литниковой системы является вертикально-щелевая (рис. 2, д).
5. Дождевая литниковая система.
Гип литниковой системы выбирают в зависимости от вида металла, конструкции отливки, положения ее при заливке и т. д.
Всегда стремятся к тому, чтобы при обеспечении необходимого качества отливки расход металла на литниковую систему был наименьшим. При соблюдении указанного условия повышается выход годного литья (отношение расхода металла на отливку к общему расходу металла с учетом литниковой системы и прибылей).
Верхняя литниковая система наиболее проста по конструкции, легко выполнима, требует незначительного расхода на нее металла. Она создает наиболее благоприятные условия для питания отливки, т.е. создает нужное для направленной кристаллизации распределение температур - повышение температур от нижней части отливки к верхней.
Однако верхняя литниковая система имеет существенный недостаток, а именно, при падении струи металла с большой высоты размывается форма, образуются засоры; металл окисляется, разбрызгивается, в нем увеличивается количество неметаллических включений. К тому же верхняя литниковая система не обеспечивает задержание шлака. Поэтому ее применяют для низких отливок небольшой массы, простой конфигурации, с малой и средней толщиной стенок.
Нижняя (сифонная) литниковая система обеспечивает спокойное заполнение формы, устраняет опасность размывания стенок и образования засоров. Однако нижний подвод металла создает неблагоприятное распределение температур по объему металла отливки (так как горячий металл поступает снизу), способствует развитию местных разогревом и внутренних напряжений.
Сифонная литниковая система сложна в изготовлении и требует повышенного расхода металла, применяется обычно для отливок средней и большой массы значительной высоты, с большой толщиной стенок.
Подвод металла по разъему является одним из самых распространенных способов заливки форм различных отливок, особенно отливок, плоскость симметрии которых совпадает с плоскостью разъема формы.
Боковая литниковая система, уменьшая (по сравнению с верхней) высоту падения металла и возможность разрушения формы, вместе с тем ухудшает условия кристаллизации и увеличивает расход металла. Она применяется для отливок небольшой высоты, средней массы, больших размеров; широко используется при машинном способе изготовления форм.
Ярусная литниковая система применяется для крупных, тяжелых отливок. Она обеспечивает лучшее питание отливки, чем сифонная литниковая система. Ярусы системы должны подавать металл в полость формы последовательно, снизу вверх. Ярусная литниковая система наиболее сложна в выполнении и требует наибольшего расхода металла. Вертикально-щелевая литниковая система, обеспечивающая спокойное заполнение формы при сохранении направленности затвердевания, используется для литья цветных сплавов.
Дождевая литниковая система применяется в основном для отливок цилиндрической формы. Металл из стояка попадает в кольцевой коллектор, из которого через питатели, расположенные по окружности на равном расстоянии друг от друга, тонкими струйками равномерно заполняет расположенную ниже полость формы. Металл при этом не должен разбрызгиваться, так как капли металла быстро затвердевают, окисляются и не свариваются с основным металлом, образуя дефекты в отливках, называемые королевами,
Помимо выбора типа литниковои системы, большое значение имеет выбор места подвода питателей к отливке. В зависимости от свойств сплава, конструкции отливки (габаритных размеров, толщины стенки) при подводе металла стремятся обеспечить либо направленное затвердевание, либо одновременное равномерное охлаждение различных частей отливки.
Для отливок с толстыми стенками, массивными узлами, склонных к образованию усадочных раковин, необходимо создавать условия направленной кристаллизации. Это достигается не только соответствующим расположением отливки в форме, когда более массивные части располагаются над тонкими, но и соответствующим подводом металла к наиболее массивным частям отливки. Такой подвод металла усиливает эффект направленного затвердевания. Поэтому сталь, имеющая большую усадку и пониженную жидкотекучесть, подводится в толстое сечение под прибыли с тем, чтобы разогреть форму около прибыли и улучшить питание затвердевающей отливки. Также поступают при изготовлении отливок из специальных бронз, латуней, некоторых алюминиевых сплавов. Иногда сталь заливают непосредственно через прибыли.
Однако, если вследствие чрезмерно большой разницы в скоростях охлаждения отдельных частей отливки возникает опасность появления напряжений и трещин, то для ослабления разницы в скоростях охлаждения металл подводят в менее массивные части отливки.
Одновременное и равномерное затвердевание и охлаждение отливки достигается подводом металла в тонкие части отливки и соответствующим расположением питателей, обеспечивающим симметричное и равномерное заполнение формы. При этом уменьшается опасность образования внутренних напряжений, коробления и трещин. Подобный подвод металла применяют при изготовлении отливок большой протяженности со стенками различной толщины.
Сужающиеся литниковые системы лучше улавливают шлак, уменьшают инжекцию воздуха, увеличивают линейную скорость прохождения металла через каналы литниковой системы. Их применяют при литье сплавов, не склонных к окислению, образующих непрочные окисные пленки.
Расширяющиеся литниковые системы уменьшают скорость движения металла, обеспечивают спокойное заполнение полости формы без окисления металла. Их применяют при литье сплавов, склонных к окислению, образующих прочные окисные пленки.
Устройство литниковых систем.
Устройство литниковых систем. Система каналов, обеспечивающая подвод расплава в полость формы, питание отливки в процессе кристаллизации и улавливание шлака и песочных включений, называется литниковой системой. После выбивки форм литниковая система отделяется от отливки и поступает на переплавку.
Рис. 97. Элементы литниковой системы
На рис. 97 изображены элементы литниковой системы, состоящей из литниковой чаши 1, стояка 2, шлакоуловителя 3 и питателей 4.
Литниковая чаша , имеющая форму воронки, предназначается для удобства заливки расплава в форму и частичного удержания шлака. Литниковые чаши бывают различной конструкции. Они изготовляются либо в виде отдельных стержней, либо заформовываются в металлической рамке.
Рис. 98. Конструкция литниковых систем :
1 - литниковая чаша, 2 - стояк, 3 - выпор, 4 - выпорная чаша, 5 - перегородка, 6 - ручки, 7 - металлический корпус, 8 - питатель, 9 - шлакоуловитель
На рис. 98 изображены наиболее распространенные виды литниковых чаш .
Чаши для мелких форм выполняются в верхней полуформе в виде воронки 1 (рис. 98, а) и в виде чаши с порошком (рис. 98, б), который при течении расплава способствует всплыванию шлака.
Чаши для среднего литья изготовляются отдельно в виде стержней 1 (рис. 98, в и г), устанавливаемых на форму при сборке. Такие чаши более емки и удобны при заливке. В дне чаш для среднего литья делают несколько мелких отверстий (диаметром 5—8 мм), играющих роль фильтровальной сетки и способствующих удержанию шлака.
Чаши для крупного литья (рис. 98, г) формуются в металлической рамке 7, а для удобства установки их на форму при сборке в рамке предусматриваются ручки 6. В конструкции такой чаши имеется специальная перегородка 5. При заполнении расплавом левой полости чаши 1 шлак, располагаясь сверху расплава, удерживается перегородкой от попадания внутрь сифонного стояка 2.
Стояк 2 (см. рис. 98) представляет собой вертикальный канал круглого сечения, соединяющий литниковую чашу и шлакоуловитель. Стояк формуется в верхней полуформе с помощью модели стояка. Модель стояка имеет форму конуса, расширяющегося к чаше. Делается это для облегчения извлечения модели из формы. Иногда стояк вырезается в верхней полуформе полой стальной трубкой.
У форм с вертикальной заливкой стояк формуется на плоскости разъема верхней и нижней полуформ. После сборки и кантования их на 90° вертикальный канал соединяет чашу и шлакоуловитель.
Шлакоуловитель 9 представляет собой горизонтальный канал трапецеидального сечения, выполняемый обычно в верхней полуформе. Назначение шлакоуловителя — задерживать шлак, попавший из литниковой чаши, и облегчать подвод расплава к отливке. При ручной формовке шлакоуловитель прорезается вручную, при машинной —выполняется в форме по модели, закрепленной на модельной плите.
Питатели 8 — тонкие и короткие каналы, соединяющие шлакоуловитель с литейной полостью формы. Питатели имеют различную форму поперечного сечения: трапецеидальную, прямоугольную, полукруглую и т. п. При машинной формовке модели питателей закрепляются на подмодельной плите нижней или верхней полуформы.
Конструкции литниковых систем подразделяются на вертикальные и горизонтальные со свободным падением расплава и с падением его по ломаной линии.
Литниковая система со свободным падением расплава состоит из литниковой чаши и стояка (см. рис. 98, а).
Литниковые системы с падением расплава по ломаной линии подразделяются на три подгруппы: у первой подгруппы расплав вводится через разъем в полость формы сверху (см. рис. 98, б), у второй расплав вводится через разъем формы преимущественно на половину высоты отливки (см. рис. 98, в), у третьей подгруппы расплав подводится в полость формы снизу сифоном (см. рис. 98, а). При изготовлении мелкого и среднего литья широкое применение нашла горизонтальная дроссельная литниковая система. Основным элементом дроссельной литниковой системы является дроссель — узкий щелевидный канал, соединяющий стояк и полость формы, регулирующий торможением расход расплава и обеспечивающий плавное поступление его в форму с хорошей очисткой от посторонних примесей.
Рис. 99. Дождевая литниковая система
Дождевая литниковая система (рис. 99) состоит из литниковой чаши 7, стояка 2, кольцевого шлакоуловителя 5, нижняя часть которого соединяется с литейной полостью отливки 4 большим количеством мелких вертикальных каналов — питателей 3. После заполнения шлакоуловителя расплав отдельными струйками стекает в полость формы, обеспечивая получение плотных отливок. Такая система применяется для отливки в сухих формах втулок, труб, барабанов и других цилиндрических ответственных отливок.
Ярусная литниковая система (с расположением питателей по высоте стояка) применяется при отливке крупных деталей с неравномерной толщиной стенок. Эта система позволяет хорошо питать отливку горячим расплавом в различных ее частях.
Литниковая система
Литниковая система – это система каналов и резервуаров для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, её заполнения и питания отливки при затвердевании.По конструкции и расположению в литейной форме литниковые системы очень разнообразны, но независимо от конструкции такая система должна обеспечивать:
– непрерывную подачу сплава в форму;
– кратчайший путь металла в полости формы, чтобы он не терял температуру;
– спокойное и плавное без завихрений заполнение металлом полости формы, что устраняет размывание формы, а также подсос и замешивание в металл воздуха;
– улавливание шлака и других неметаллических включений для предотвращения попадания их в полость формы с металлом;
– создание направленного затвердевания снизу вверх для питания отливки в процессе кристаллизации жидким металлом с целью не допустить образования усадочных раковин;
– однородность структуры отливки после ее кристаллизации;
– отсутствие препятствия при усадке отливок с целью не допустить образования напряжений и трещин;
– минимальный расход сплава на литниковую систему (включая выпоры и прибыли);
– легкое отделение от отливки в процессе выбивки из формы.
Конструкция литниковой системы должна состоять из стандартных элементов, легко изготовляемых и заменяемых при износе. Нормальная литниковая система, применяемая при подводе питания по разъему, показана на рис. 1. Литниковая чаша (воронка) 1 является приемником, в который жидкий металл поступает из разливочного ковша. При заливке необходимо стремиться быстро заполнять чашу и поддерживать в ней металл на высоком уровне, это обеспечивает задерживание шлака в чаше.
Также для задерживания шлака и неметаллических включений при использовании заливочной воронки между ней и стояком может устанавливаться фильтрующий элемент 2 в виде сетки. Стояк 3 представляет собой вертикальный канал, сужающийся книзу; по этому каналу металл поступает в шлакоуловитель 4 . Шлакоуловитель расположен в верхней полуформе и служит для задерживания шлака, неметаллических включений и подвода металла к питателю 5 , находящемуся в нижней полуформе и подводящему сплав в формообразующую полость литейной формы.
Рис. 1. Литниковая система для подвода металла по разъему формы:
1 – воронка; 2 – фильтрующий элемент; 3 – стояк;
4 – шлакоуловитель; 5 – питатель
Выпоры и прибыли также являются частью литниковой системы. Выпоры служат для удаления газов и неметаллических включений из полости формы в процессе заливки, а также позволяют контролировать окончание процесса заполнения полости формы с помощью наблюдения за подъемом металла в них. Число выпоров зависит от размеров и конфигурации отливок. В случае изготовления мелких и средних отливок можно ограничиться установкой одного выпора, а для крупных отливок ставят два-три выпора и более. Если отливка имеет фасонную поверхность, выпор устанавливают на самый высокий элемент модели, по которой изготавливается верхняя полуформа. Следует избегать установки выпоров на массивных частях отливки, так как это приводит к образованию под выпором усадочной раковины в связи с тем, что относительно тонкий выпор остывает быстрее массивной части и питается за ее счет.
Разновидности литниковых систем
Литниковые системы, в зависимости от формы, размеров отливки и свойств литейного сплава, имеют различное устройство.
1.По способу подвода расплава в рабочую полость формы литниковые системы делят на: верхнюю, сифонную (нижнюю), ярусную, вертикально-щелевую (рис. 34Л).
Рис. 2 Типы литниковых систем
а - верхняя; б – сифонная (нижняя); в – боковая; г - ярусная; д –вертикально- щелевая;
1 – литниковая чаша; 2 - стояк; 3 -шлакоуловитель; 4 - питатель; 5 - выпор; 6 - отливка
Верхняя литниковая система (рис. 2, а).
Достоинствами системы являются: малый расход металла; конструкция проста и легко выполнима при изготовлении форм; подача расплава сверху обеспечивает благоприятное распределение температуры в залитой форме (температура увеличивается от нижней части к верхней), а следовательно, и благоприятные условия для направленной кристаллизации и питания отливки.
Недостатки: падающая сверху струя может размыть песчаную форму, вызывая засоры; при разбрызгивании расплава возникает опасность его окисления и замешивания воздуха в поток с образованием оксидных включений; затрудняется улавливание шлака.
Верхнюю литниковую систему применяют для невысоких (в положении заливки) отливок, небольшой массы и несложной формы, изготовленных из сплавов, не склонных к сильному окислению в расплавленном состоянии (чугуны, углеродистые конструкционные стали, латуни).
Сифонная (нижняя) литниковая система (рис. 2, б)
Широко используется для литья сплавов, легко окисляющихся и насыщающихся газами (алюминий), обеспечивает спокойный подвод расплава к рабочей полости формы и постепенное заполнение ее поступающим снизу без открытой струи металлом. При этом усложняется конструкция литниковой системы, увеличивается расход металла на нее, создается неблагоприятное распределение температур в залитой форме ввиду сильного разогрева ее нижней части. Возможно образование усадочных дефектов и внутренних напряжений. При такой системе ограничена возможность получения высоких тонкостенных отливок (при литье алюминиевых сплавов форма не заполняется металлом, если отношение высоты отливки к толщине ее стенки превышает 60, H/δ≥60).
Боковая литниковая система (рис. 2, в).
Подвод металла осуществляется в среднюю часть отливки (по разъему формы).
Такую систему применяют при получении отливок из различных сплавов, малых и средних по массе деталей, плоскость симметрии которых совпадает с плоскостью разъема формы. Является промежуточной между верхней и нижней, и следовательно сочетает в себе некоторые их достоинства и недостатки.
Ярусная литниковая система(рис.2, г).
При ярусной литниковой системе подача расплава осуществляется на нескольких уровнях. Питатели действуют последовательно, начиная с нижних, по мере подъема уровня металла в полости формы. Эти системы, обеспечивающие спокойное заполнение и горячий металл в головной части потока, широко применяют при изготовлении крупных и тонкостенных отливок из черных и цветных сплавов.
Вертикально-щелевая литниковая система(рис.2, д) .
Разновидность ярусной. Предназначена, главным образом, для цветных металлов и сплавов.
Литниковые системы для стального литья
Для обеспечения заполнения за оптимальное время полости литейных форм в них должны быть выполнены соответствующие литниковые каналы, называемые литниковой системой. В простейшем варианте она включает литниковую воронку , стояк , зумпф , литниковый ход и питатель . Литниковая система дополнительно может содержать фильтр для очистки расплава от шлаковых и песчаных частиц, а также неметаллических включений. Она должна обеспечить получения качественных отливок при наименьших затратах энергетических, материальных и трудовых ресурсов.
Для этого литниковая система должна: 1) обеспечивать быстрое, но спокойное заполнение формы; 2) быть экономичной с точки зрения расхода металла; 3) быть технологичной, т.е. удобной для формовки, компактной и легко отделяемой от отливки; 4) предотвращать попадание в полость формы шлаковых и песчаных частиц, а также обеспечивать очистку жидкого металла от неметаллических включений; 5) способствовать последовательному затвердеванию различных частей отливки по направлению к прибыли; 6) способствовать рассредоточению термических напряжений и не затруднять линейную усадку отливки; 7) не препятствовать удалению газов из стержней.
В стальном литье применяют расширяющиеся литниковые системы или литниковые системы равного сечения. В расширяющихся литниковых системах суммарные площади сечения ее элементов последовательно увеличиваются от стояка к литниковому ходу и питателю, т.е. SF СТ < SF ЛХ < SF ПИТ. В таких литниковых системах скорость потока расплава в каналах постепенно снижается и жидкий металл поступает в полость формы спокойно, без разбрызгивания. При разливке стали из стопорных ковшей, когда струя расплава попадает в форму с большой скоростью, требование спокойного заполнения становится определяющим. Поэтому расширяющиеся литниковые системы применяют прежде всего при изготовлении крупного и большей части среднего стального литья. Однако, в этом случае возникает опасность неполного заполнения каналов литниковой системы, особенно литникового хода и питателей.
В литниковых системах равного сечения суммарные площади всех ее элементов одинаковы, т.е. SF СТ: SF ЛХ: SF ПИТ = 1: 1: 1. Их применяют в условиях стопорной разливки при производстве крупных стальных отливок, когда каналы литниковой системы выполняют с использованием составных нормализованных керамических изделий в виде воронок, трубок, тройников, звездочек и щелевых питателей. Применение керамических изделий предотвращает эрозионное разрушение формы. Однако, из-за их высокой стоимости, а также повышения трудоемкости изготовления форм литниковые системы равного сечения применяют в особых случаях, если другие варианты выполнения литниковых систем не обеспечивают получение отливки требуемого качества.
В стальном литье виду высокой склонности жидкого металла к окислению для предотвращения разбрызгивания струи и обеспечения спокойного заполнения формы применяют преимущественно литниковые системы с нижним подводом расплава –нижнебоковые или сифонные, ярусные, с обратным стояком.
Нижнебоковая и сифонная литниковые системы обеспечивают подачу расплавленного металла в полость литейной формы на уровне нижней части отливки, что создает благоприятные условия для спокойного заполнения формы. Применение их в стальном литье обусловлено прежде всего необходимостью предотвращения разбрызгивания струи расплава и ограничения его взаимодействия с воздухом из-за повышенной склонности жидкой стали к поверхностному окислению и пленообразованию. Но при таком подводе верхняя подприбыльная часть отливки заполняется более холодным металлом, чем нижняя. Последняя и охлаждается менее интенсивно, так как нижние слои формы успевают заметно прогреться к моменту окончания заливки. Вследствие этого нарушается ход направленного снизу вверх (к прибыли) последовательного затвердевания отливки. Поэтому такие литниковые системы могут применяться лишь при изготовлении отливок небольшой высоты.
Ярусная литниковая система обеспечивает подачу расплавленного металла в полость литейной формы на нескольких уровнях. Фактически она представляет собой сочетание нижне, средне- и верхнебоковой литниковых систем. При этом вначале она работает как нижнебоковая, а затем как среднебоковая и, наконец, как верхнебоковая литниковая система. Поэтому практически вся полость формы заполняется расплавом под затопленный уровень. При этом в верхнюю ее часть подводится наиболее горячий расплав. Вследствие этого ярусная литниковая система имеет преимущества всех боковых литниковых систем. Ее недостатками являются сложность конструкции и обусловленное этим увеличение расхода металла на литниковую систему, а также повышение трудоемкости формовки из-за необходимости выполнения разъма формы для каждого яруса. Однако, применение ярусных литниковых систем вполне оправдано при изготовлении крупных и уникальных отливок, поскольку другие типы литниковых систем не могут обеспечить эквивалентное сочетание качества отливок и экономичности их производства.
Литниковая система с обратным стояком , наряду с обычным (прямым), имеет дополнительный (обратный) стояк, связанный с первым сифонным подводом металла. При этом каналы литникового хода и питателей примыкают к обратному стояку. Такая литниковая система обеспечивает почти полную релаксацию кинетической энергии потока расплава, поэтому создается возможность спокойного заполнения формы, несмотря на высокие начальные скорости истечения струи из ковша. Литниковая система с обратным стояком обычно имеет ярусное распределение жидкого металла в форме. При изготовлении мелких стальных отливок на каждом ярусе размещают одну или группу отливок. При изготовлении крупных стальных отливок ярусные литниковые каналы обеспечивают спокойное заполнение одной отливки, но с благоприятным распределением температуры по высоте отливки, способствуя ее направленному затвердеванию.
Верхнебоковая литниковая система обеспечивает подачу расплавленного металла в полость литейной формы на уровне верхней части отливки. Она имеет такие же достоинства, что и верхняя литниковая система, но расплав попадает в полость формы не свободной, а каскадной струей, с меньшей кинетической энергией. Причем по мере уменьшения высоты отливки эти недостатки становятся все менее значимыми. Поэтому верхнебоковые литниковые системы применяют при изготовлении отливок высотой не более 100 мм.
Среднебоковая литниковая система обеспечивает подачу расплавленного металла в полость литейной формы на уровне средней по высоте части отливки. При этом полость формы, расположенная ниже уровня питателей, заполняется металлом как при верхнебоковой литниковой системе, а выше уровня питателей – как при нижнебоковой литниковой системе. Поэтому такая литниковая система сочетает достоинства и недостатки обоих типов литниковой системы, хотя и не в полной мере.
При выборе крнструкции литниковой системы необходимо придерживаться следующих правил:
1. Протяженность каналов литниковой системы должна быть короткой и жидкий металл необходимо подводить к полости формы кратчайшим путем. Для этого следует разместить отливки на плоскости разъема формы максимально плотно, но с соблюдением требуемых дистанций между отливками, отливками и элементами литниковой системы, между отливками или элементами и краем опоки (Табл. 2.5.6).
| Масса отливки, кг | Минимальное расстояние между элементами в литейной форме, мм | |||
| Моделью и верхом или низом опоки | Моделью и стенками опоки | Моделью и моделью | Моделью и литниковой системой | |
| До 10 | 40 - 50 | 30 – 40 | 30 – 40 | |
| > 10 до 50 | 60 – 70 | 40 – 50 | 50 - 60 | 30 – 40 |
| > 50 до 250 | 90 – 100 | 50 – 60 | 70 - 100 | 50 – 60 |
| > 250 до 1000 | 120 – 150 | 70 – 90 | ≥ 120 | 70 – 120 |
| > 1000 до 4000 | 200 – 275 | 100 – 150 | - | 150 – 225 |
| > 4000 до 10000 | 300 – 350 | 175 – 200 | - | |
| > 1000 | - |
Затем необходимо выбрать рациональную траекторию литникового хода. В частности, при изготовлении отливок, имеющих конфигурацию тел вращения и наружный диаметр не более 700 мм, наиболее рациональным является подвод металла в центральную часть отливки. При наружном диаметре в пределах 700-1000 мм металл к отливке необходимо подводить с внешней стороны отливки через подковообразный литниковый ход. При большем наружном диаметре отливок целесообразно применять комбинированный подвод металла – в центральную часть и с внешней стороны. Размещение литникового хода вдоль внешнего контура применяют также при изготовлении отливок коробчатого типа. При изготовлении в одной форме нескольких отливок желательно разместить их симметрично относительно литникового хода, а стояк – в центре ветвей литникового хода.
2. Поток металла, подводимый в полость формы, должен быть направлен вдоль стенки отливки или касательно (тангенциально) к ней , но никак не перпендикулярно к поверхности стержня или стенки формы. Для этого необходимо подводить металл в торцевые части плоских стенок отливки или касательно к средней оси сечения отливок тел вращения.
3. Подвод металла должен обеспечивать одностороннее движение металла в форме . При этом для отливок тел вращения односторонее движение должно трансформироваться во вращательное движение. Встречное движение потоков допускается, если их головные части затем сливаются в прибыль, выпор или другую вспомогательную емкость.
4. Не желательно размещать элементы литниковой системы вблизи знаков стержней (из-за ухудшения условия газоотвода из формы) и холодильников (из-за снижения эффективности их работы), а также жеребеек (из-за опасности их проплавления и обусловленного этим смещения стержня).
5. Подвод металла осуществляют в наиболее массивную часть отливки, если толщина ее стенок отличается незначительно, и, наоборот, металл подводят к тонким стенкам, если в отливке имеются стенки с существенно различающимися толщинами . Первая часть правила обусловлена необходимостью обеспечения направленного затвердевания отливки, поскольку при незначительной разнице в толщине ее стенок это является наиболее актуальной задачей. Вторая часть правила обусловлена необходимостью уменьшения градиента температур в различных частях отливки из-за опасности возникновения трещин. При сильно различающихся толщинах актуальной становится уже проблема снижения термических напряжений, поскольку условие направленного затвердевания выполняется заведомо. Причем при значительной разнице толщин рекомендуется, наряду с подводом металла в тонкие части, ускоренно охлаждать массивные части. Но соблюдая при этом условие обеспечения направленного к прибыли последовательного затвердевания отливки.
Если возможно технологически, то целесообразно применять литниковые системы, содержащие элементы нижнего или сифонного подвода металла, которые обеспечивают заполнение полости формы под затопленный уровень. В этом случае даже при применении расширяющехся литниковых систем литниковый ход и питатели оказываются всегда заполненными, как при применении сужающихся литниковых систем. Поэтому, при условии заполнения полости формы жидким металлом под затопленный уровень во всех случаях следует применять расширяющиеся литниковые системы. При этом соотношение площадей сечений элементов выдерживают в следующих пределах:
SF СТ: SF ЛХ: SF ПИТ = (1: 1,3: 1,5) ¸ (1: 1,5: 2) . (2.5.10)
При изготовлении крупных стальных отливок ответственного назначения каналы литниковой системы выполняют из огнеупорых трубок. При этом площади элементов литниковой системы принимают одинаковыми или кратными:
SF СТ: SF ЛХ: SF ПИТ = 1: 1: 1 или 1: 2: 2. (2.5.11)
Если по технологическим условиям не удается сконструировать литниковую систему с подводм жидкого металла в нижние горизонты отливки, а заливка осуществляется из поворотного ковша, то литниковую систему выполняют сужающейся. В этом случае литниковый ход выполняет роль шлакоуловителя. Такие ситуации могут возникать при изготовлении мелкого и частично среднего литья. При этом рекомендуют следующее соотношение площадей сечений элементов литниковой системы:
SF СТ: SF ЛХ: SF ПИТ = (1,1: 1,05: 1) ¸ (1,4: 1,2: 1). (2.5.12)
Для снижения скорости потока жидкого металла на входе в полость формы питатели выполняют в виде раструбов с увеличением площади выходного сечения в 1,2 – 1,3 раза.
