Литниковая система

Литниковая система состоит из следующих элементов (рис. 55): литниковой чаши 1, стояка 2, коллектора или шлакоуловителя 3, питателей 4, выпора 5 и прибыли 6.

Рис. 55.

Литниковую чашу устраивают для приема металла из ковша и направления его в стояк. Литниковая чаша уменьшает силу удара струи жидкого металла о форму, обеспечив более равномерное питание формы, и задерживает шлак, всплывающий на поверхность металла в этой чаше.

Для лучшего удержания шлака при отливке ответственных Деталей в литниковой чаше делают перегородку, не доходящую до дна чаши, или ставят фильтровальные сетки.

Стояк — это вертикальный канал, по которому металл поступает в коллектор (шлакоуловитель). По последнему металл растекается к питателям, непосредственно соединяющим коллектор с полостями формы.

В верхних частях отливки устраивают выпора, через которые выходит воздух при заполнении формы жидким металлом. В больших формах делают несколько выпоров.

По мере остывания объем металла, залитого в форму, уменьшается. Функции выпоров при больших размерах их поперечного сечения — дополнять формы жидким металлом в процессе остывания отливки.

В этом случае устраняется возможность появления в отливке усадочных раковин, что особенно важно при литье сплавов, имеющих большую усадку, таких, как сталь, бронза и другие сплавы. В этих случаях вместо выпоров устраивают прибыли — особые придатки с большими размерами сечений. В некоторых случаях нельзя предупредить появление усадочных раковин в местах переходов от тонких стенок к толстым путем применения прибылей. Тогда устанавливают холодильники — металлические вкладыши для ускорения затвердевания соответствующих частей отливки.

Размеры элементов литниковой системы зависят от размеров формы, рода заливаемого металла и других факторов. Поэтому литниковую систему заранее рассчитывают.

Литниковая система заливается металлом, который в ней застывает. Литники, выпора и другие элементы литниковой системы отделяют от отливки в обрубном отделении, а места отломов, отпилов и другие неровности зачищают в очистном отделении литейного цеха.

Назначение Литниковая система - обеспечение оптимальных условий и продолжительности заливки формы с целью получения отливки с чёткими гранями и контурами, предотвращение попадания неметаллических включений (при заливке из поворотного ковша), а при затвердевании сплава - питание отливки для предотвращения усадочных раковин. Элементы Литниковая система в соответствии с их назначением разделяют на подводящие и питающие (в некоторых частных случаях такого разделения не существует).

Назначение 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).

Вопрос 31. Изготовление отливок по выплавляемым моделям. Сущность способа. Модельные составы. Формовочные материалы. Последовательность операций процесса литья по выплавляемым моделям. Достоинства и недостатки способа.

Изготовление отливок литьем по выплавляемым моделям это способ получения отливок изготовленных с использованием одноразовых литейных форм не имеющих плоскости разъема, рабочая полость которых получена с использованием легкоплавких моделей –для изготовления легкоплавких моделей необходимо использовать стальную неразъемную пресс-форму внутреняя полость в которой изготавливается с учетом припуска на мех. Обработку и величину линейной усадки сплавов.

В последнее время предложены новые модельные составы парафин-полиэтиленовые, церезин-полиэтиленовые и парафин-церезин-полиэтиле­новые.

Легкоплавкие модельные составы (парафин, стеарин, церезин и др.) приготовляют в водяных, глицериновых или масляных банях с электрическим или газовым подогревом; применяют также бани-термо­статы.

Пастообразные модельные составы при малом масштабе производства приготовляют вручную, при более крупном - на специальных установках

Модельные составы с высокой температурой плавления (канифоль, полистирол и др.) изготовляют в специальных поворотных электропечах, оснащенных терморегуляторами.

Способы изготовления моделей разнообразны. Модельный состав вводят в полость формы следующими способами: свободной заливкой, запрессовкой в пастообразном состоянии; заливкой под давлением; запрес­совкой под высоким давлением подогретых до состоянии размягчения порошка или крупки модельных составов типа пластмасс

В качестве формовочной смеси исп огнеупорные составляющие –песок в качестве связуещего гидрализованый раствор этил силиката,воск с добавлением бурого угля.

Для изготовления оболочки керамической литниковой формы блок состоящий из моделей и литниковой системы погружают в суспензию.(песок+гидролизованный раствор этилсиликаты) с последующей обсыбкой каждого промежуточного слоя (5-7раз)

Легкоплавкий бок удаляют из формы погружая конструкцию в горячую воду. Полученную форму устанавливают в опоку (рамку) находящуюся на поддоне укрепляя песком и выдерживаемой в печи при высокой температуре 950 град на длительное времяпосле этого горячую литейную форму заполняют расплавом отливки извлекают из формы разрушая ее механическим или химическим способом. Объем мех обработки снижается в 2-е.

Минусы – 1)самый длительный и дорогостоющий 2)ограничение номенклатуры и массы получаемых изделий 3)использование трудносерийного массовом производстве целесообразно использовать при изготовлении высоколегированных сталей.

Вопрос 32. Изготовление отливок в оболочковые формы. Сущность способа. Литейная оснастка. Формовочные смеси. Последовательность изготовления отливок литьем в оболочковые формы. Достоинства и недостатки способа.

Способ литья в оболочковые формы основан на получении разовых полуформ и стержней в виде оболочек толщиной 6-10 мм. Их изготавливают путем отверждения на металлической оснастке слоя смеси, в которой связующее вещество при нагреве вначале расплавляется, а затем затвердевает (необратимо), придавая оболочке высокую прочность.

Сущность процесса заключается в применении тонкостенных разъемных разовые формы, изготовленных из формовочной смеси. Формовочные смеси изготавливают из мелкозернистого кварцевого песка, перемешанного с термореактивной смолой. Модельную плиту нагревают до температуры 200-250 градусов. На ее поверхность наносят разделительную смазку. Формовочную смесь наносят на на модельную плиту и выдерживают 10-30 секунд; от теплоты модельной плиты термореактивная смола переходит в жидкое состояние, склеивая песчинки с образованием песчано-смоляной оболочковой формы (толщиной 5-10 мм) в зависимости от времени выдержки. При этом смола твердеет. Готовые оболочковые формы снимают с металлической модели и, если они разъемные, то их склеивают. В собранные оболочковые формы заливают металл. Литьем в оболочковые формы получают ребристые цилиндры, коленчатые валы и т.д. Способ применяют для стальных, и для алюминиевых отливок, простой конфигурации без внутренних полостей в серийном производстве. Формовочная смесь состоит из мелкозернистого песка (размер зерна 0,25...0,06мм) и термореактивной смолы - пульвербакелита. Способ обеспечивает получение шероховатости поверхности Rz =80...40 мкм, и точность - 12...14 квалитет. Способ легко можно механизировать и автоматизировать.

Литейная технологическая оснастка (модельно-опочный комплект).

Модельный комплект- комплект технологической оснастки приспособленный и инструментально необходим для изготовления литых форм и стержней. В модельный комплект включают модельные отливки и модельные плиты стержневые ящики, опоки.

Модельная отливка - приспособление с помощью которого в литейной форме получают полость с формой и размером соответствующими форме и размерами будущей отливки. Поверхность модели должна быть гладкой и чистой что бы при ее извлечении из формы она легко отделилась от материала формы. Все размеры модели надо увеличить на величину усадки вертикальным поверхностям модели. Предают уклон для того что бы облегчить извлечение модели из формы.

Модельная плита – плита на которой закрепляют модель и элемент системы при изготовлении литейной формы.

Стержневой ящик – приспособление в котором изготавливают стержни. Они бывают цельными и разъемными. Вертикальные поверхности стержневых ящиков для облегчения готового стержня изготавливают из дерева и из металлов.

Опока – деревянная или металлическая рамка (ящик без дна) в которой производят уплотнение формовочной смеси при изготовлении литейной формы из песчаной глинистой смеси

Формовочная смесь содержит наполнитель - мелкозернистый кварцевый песок - 100%: связующее - пульвербакелит (фенолформальдегидная смола с добавками уротропина) - 6 - 7%; увлажнитель (керосин, глицерин) - 0,2 - 0,5%; растворитель (ацетон, этиловый спирт) - до 1,5%.

Последовательность изготовления полуформ показана на рис. 39. Металлическую модель с элементами литниковой системы закрепляют на модельной плите, нагревают до температуры 200 – 250 о С и насыпают песчано-смоляную смесь. Смола плавится, склеивает песчинки и через 15 – 25 с на модели (рис. 39, а ) образуется полутвердая оболочка толщиной 6 – 12 мм. При повороте модельной плиты на 180 о (рис. 39, б ) остатки смеси осыпаются. Затем модельную плиту с оболочкой помещают в печь, где при температуре 280 – 320 °С в течение 2 – 3 мин происходит окончательное твердение оболочки. После извлечения из печи оболочку (полуформу) с помощью толкателей снимают с модели (рис. 39, в ). Аналогичным способом изготавливают песчано-смоляные стержни для пустотелых отливок.

При сборке формы устанавливают стержень и совмещают полуформы по имеющимся на них выступам и впадинам. Скрепление полуформ производится металлическими скобами, струбцинами или склеиванием (рис. 39, г ). Собранную форму помещают в опоку, засыпают снаружи сухим песком или металлической дробью (рис. 39, д ) и заливают расплавом. После затвердевания отливки (рис. 39, е ) оболочковая форма легко разрушается.

Литьём в оболочковые формы получают коленчатые и кулачковые валы, шатуны, цилиндры с ребрами жесткости и другие о

Преимущества способа литья в оболочковые формы: возможность получения тонкостенных отливок сложной формы; гладкая и чистая поверхность отливок; небольшой расход смеси; качественная структура металла за счет повышенной газопроницаемости форм; широкая возможность автоматизации; небольшие допуски на обработку резанием. Недостатки: ограниченный размер отливок (до 1500 мм); высокая стоимость смесей; выделение вредных паров и газов из смесей при изготовлении форм.

Вопрос 33. Изготовление отливок литьем в кокиль. Сущность способа. Типы кокилей и материалы для их изготовления. Последовательность изготовления отливок литьем в кокиль. Достоинства и недостатки способа.

Литье в кокиль это способ получения отливок с использованием металлических многоразовых литейных форм. Для изготовления в кокили используют следующие конструкционные материалы (серый чугун, высокопрочный,ковкий, углеродистый, легированные стали, аллюминиевые литейные сплавы

Способ изготовления кокиля литье в песчанно-глинистые фориы с последующей иех.обработкой рабочей полости кокиля.

Сущность способа заключается в применении многократно используемой литейной формы, которая формирует конфигурацию и свойства отливки. При этом способе литья либо совсем исключается применение, либо расходуется малое количество песчаных смесей лишь на изготовление разовых стержней. В связи с этим отпадает необходимость в землеприготовительных отделениях.

По конструкции кокиль может быть неразъемный, вытряхиваемый, разъемный.

Заполнения кокиля расплава осуществляется свободной заливкой под действием сил тяжести или гравитационных сил.

Внутренних полостях отливки получают используют не металлические или оболочковые стержни

Технология получения отливок более сложная т.к теплопроводность кокиля высокое для получения качественных отливок требуемой формы необходимо сохранить жидкотекучесть расплава перед заливкой расплав перегревают на более высокую температуру и кокиль подогревают пламенем газовых горелок и рабочую пов-ть кокиля покрывают огнеупорным составми с целью получения хорошего качества отливки.

Кокиль не податлив поэтому металлический стержень и отливку извлекают из кокиля раньше т.е до того как отливка остынет до темп окружающей среды.

Температура при которой отливку извлекабт из кокиля 0.6 т плавления

Для извлечения из кокиля, кокиль снабжают выталкивателями

Достоинства: многоуровневое использование объем мех.обработки сижается вдвое на поверхности отливки имеются отливки свободные от получения более плотной мелкозернистой структуры давления и как следствие более высокие мех.св-ва

Недостатки 1)ограниченная номенклатура изделия 2) массовое производство редко. 3)целесообразно использовать кокиль из цвет сплавов 4)длительность изготовления процесса кококиля

Вопрос 34. Изготовление отливок литьем под давлением. Сущность процесса и схема процесса (с холодной и горячей камерами прессования). Последовательность изготовления отливок литьем под давлением. Достоинства и недостатки способа.

Литьем под давлением называется способ получения фасонных отливок в металлических формах, при котором форму принудительно заполняют металлом под давлением. Этот способ применяют в массовом производстве для тонкостенных отливок из сплавов цветных металлов (В последнее время этот метод литья начал применяться и для черных металлов). При данном способе обеспечивается большая точность размеров отливок, последние в подавляющем большинстве случаев не требуют дальнейшей механической обработки.

Сущность литья под давлением

Выполняют машинным способом в металлические формы, называемые пресс-формами. Заполнение металлом пресс формы осуществляют после её смыкания через литниковые каналы, которые соединяют рабочую полость пресс-формы с камерой прессования машины для литья под давлением. Наружные очертания отливки образуются рабочей поверхностью сомкнутой пресс-формы, а внутренние отверстия и полости получают при помощи металлических стержней, которые извлекают из затвердевшей отливки в момент раскрытия пресс-формы. Стержни имеют механически привод в виде реек, шестерен, зубатых секторов, клиньев, эксцентриков, кинематически связанных с механизмом раскрытия пресс формы.

Рисунок 4.1 – Схема технологического процесса литья под давлением на машине с холодной камерой прессования: а – подача расплава в камеру прессования; б – запрессовка; в – раскрытие пресс-формы; г – выталкивание отливки; 1 – пресс-форма; 2 – пресс-поршень; 3 – камера прессования; 4 – стержень; 5 – толкатель

Металл заливают в камеру прессования и запрессовывают внутрь рабочей полости пресс-формы. После кристаллизации отливки происходит раскрытие пресс-формы для из-влечения отливки, при этом отдельная часть остается неподвижной, а остальные части отво-дятся гидроприводом. Отливка удерживается в подвижной части и перемещается с ней до соприкосновения с выталкивателями, которые выталкивают отливку из подвижной части пресс-формы. Отливка может быть извлечена из раскрытой пресс формы при помощи мани-пулятора или робота. Для предотвращения сваривания рабочей поверхности пресс-формы с отливкой и облегчения извлечения отливки полость пресс-формы покрывают составами в виде паст или распыляющих жидкостей, содержащих порошки металлов, графит, сульфид молибдена.

На машинах с холодной камерой прессования после подготовки пресс-формы 1 (рисунок 4.1, а) к очередному циклу, ее сборки и запирания с помощью запирающего механизма литейной машины в камеру прессования 3 подается доза расплава. Затем под действием пресс-поршня 2, перемещающегося в этой камере посредством механизма прессования, через каналы литниковой системы расплав заполняет рабочую полость пресс-формы (рисунок 4.1, б). После затвердевания и охлаждения отливки до определенной температуры извлекают стержни 4 и раскрывают пресс-форму (рисунок 4.1, в), а затем механизмом выталкивания и толкателями 5 отливку удаляют из пресс-формы (ри-сунок 4.1, г). Механизмы машины приходят в исходное состояние. Литники и заливы отделяются, от отливки, как правило, с помощью обрезного пресса, расположенного около литейной машины, либо механизмами пресс-формы. На этом рабочий цикл завершается.

К основным достоинствам литья под давлением относятся:

· универсальность по видам перерабатываемых пластиков,

· высокая производительность,

· высокое качество получаемых изделий,

· возможность изготовления деталей весьма сложной конфигурации или тонкостенных изделий,

· отсутствие дополнительной обработки конечного продукта (за исключением операции удаления литников),

· полная автоматизация процесса.

Недостатки метода:

· литьевые машины являются сложными и недешевыми устройствами, насыщенными современными техническими решениями;

· применение термопластоавтоматов для реализации конкретного технологического процесса требует квалифицированного технико-экономического обоснования.

Литниковая система

совокупность каналов (элементов), через которые расплав из ковша или другого разливочного устройства подводится к рабочей полости литейной формы (См. Литейная форма). Назначение Л. с. - обеспечение оптимальных условий и продолжительности заливки формы с целью получения отливки с чёткими гранями и контурами, предотвращение попадания неметаллических включений (при заливке из поворотного ковша), а при затвердевании сплава - питание отливки для предотвращения усадочных раковин. Элементы Л. с. в соответствии с их назначением разделяют на подводящие и питающие (в некоторых частных случаях такого разделения не существует).

К подводящим элементам Л. с. относятся: чаша, стояк, дроссель, шлакоуловитель (коллектор, литниковый ход) и питатель (рис. , а). Чаша - приёмник расплава, для удобства заливки, задержания шлака и предотвращения засоса воздуха должна вмещать достаточный объём металла. Стояк - вертикальный (редко наклонный) канал, присоединённый к чаше. Дроссель - узкий канал (или несколько каналов), расположенный обычно в основании стояка, являющийся местным гидравлическим сопротивлением, регулирует скорость заливки и устраняет вакуум (разрежение) в стояке. Шлакоуловитель - канал, обычно вытянутого трапециевидного сечения, расположенный за дросселем, служит для подачи сплава к питателям и задержания неметаллических включений. Для более полного задержания шлака в Л. с. устраивают местные расширения в шлакоуловителе, применяют центробежные шлакоуловители, фильтровальные сетки (для отливок из чугуна - из огнеупорной стержневой или шамотной смеси, для отливок из цветных сплавов - из тонкой листовой стали, для всех сплавов с температурой заливки до 1350°С - из кремнезёмной ткани). Шлакоуловители не нужны при заливке форм из стопорного ковша (шлак остаётся в ковше) и при плотности неметаллических включений, близкой к плотности сплава (у некоторых цветных сплавов). В этих случаях канал, называемый коллектором, или литниковым ходом, только распределяет сплав. Питатель - присоединённый к шлакоуловителю канал, обычно прямоугольного сечения, через который сплав поступает в рабочую полость формы непосредственно или через прибыль.

Размеры подводящих элементов определяются в основном гидродинамическими факторами (конструкцией Л. с., напором, расходом и скоростью расплава).

К питающим элементам Л. с. относятся боковая прибыль и шейка (рис. , а). Боковая прибыль - компактный прилив на боковой поверхности отливки, предназначенный для её питания во время остывания и затвердевания сплава. Шейка - суженная часть прибыли, соединяющая сё с отливкой. Питающие элементы должны затвердевать медленнее отливки. Их размеры определяются в основном тепловыми факторами (теплофизическими свойствами сплава и формы), литейными свойствами сплава, массой, толщиной стенок, конфигурацией отливки и требованиями к ней (механические свойства, герметичность и т. д.).

При получении тонкостенных отливок из эвтектических сплавов (например, серого чугуна) короткого времени остывания питателей обычно оказывается достаточно для питания отливок. В этих случаях спец. питающие элементы не нужны и Л. с. состоит только из подводящих каналов (рис. , б, в, г, д). Если для питания требуется небольшой объём сплава, то система наряду с подводящими элементами имеет подводяще-питающие, например шлакоуловитель может одновременно служить прибылью, а питатель - шейкой (рис. , е).

В зависимости от способа и места подвода Л. с. разделяют на боковые, верхние и дождевые, сифонные, ярусные (этажные) и щелевые. По способу формовки различают горизонтальные Л. с. с расположением питателя в горизонтальной плоскости разъёма и вертикальные, у которых питатель расположен в вертикальной плоскости разъёма или вне основной плоскости разъёма формы.

Лит.: Дубицкий Г. М., Литниковые системы, М. - Свердловск, 1962; Рабинович Б. В., Введение в литейную гидравлику, М., 1966; Basic principles of gating, L. - , 1967; Leremplissage des ernpreintes de moules en sable, P., 1966; Hoizmüller A., Kucharcik L., Atlas zur Anschnitt- und Speisertechnik für Guβeisen, Düsseldorf, 1969.

Б. В. Рабинович.

Литниковые системы: а, б - боковые; в - дождевая; г - сифонная; д - ярусная (этажная); е - щелевая; 1 - чаша (воронка); 2 - стояк; 3 - дроссель; 4 - шлакоуловитель; 5 - питатель; 6 - боковая прибыль; 7 - шейка.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Литниковая система" в других словарях:

Литниковая система, Литниковая питающая система система каналов и полостей в форме, через которые жидкий расплавленный материал расплав (металл или пластик) подается в полость литьевой формы или пресс формы для литья под давлением. Элементы … Википедия

ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМА - система каналов и элементов литейной формы для подвода расплавленного металла в полость формы, обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании. В зависимости от расположения в форме и способа подвода металла различают литниковые… … Металлургический словарь

Литниковая система - система каналов и элементов литейной формы для подвода расплавленного металла в полость формы, обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании В зависимости от расположения в форме и способа подвода металла различают литниковую… …

литниковая система - Система каналов и устройств для подвода в определенном режиме жидкого металла (сплава) к полости литейной формы, отделения неметаллических включений и обеспечения питания отливки при затвердевании. Примечание По устройству литниковые системы… … Справочник технического переводчика

ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМА - совокупность резервуаров, вертикальных и горизонтальных каналов, служащих для приёма и заполнения рабочей полости литейной (см.) расплавленным металлом, питания (см.) при её затвердевании, а также для улавливания первых порций металла, фильтрации … Большая политехническая энциклопедия

литниковая система - система каналов и устройств для подвода жидкого металла к полости литейной формы, отделяющей неметаллические включения и питания отливки при затверд. Литниковая система состоит из литниковой чаши или заливочной воронки,… … Энциклопедический словарь по металлургии

Совокупность каналов и полостей (элементов), служащих для заполнения рабочей полости литейной формы расплавл. металлом, питания отливки при затвердевании, улавливания первых порций металла, шлака и загрязнений. Осн. элементы Л. с. (чаша, стояк,… … Большой энциклопедический политехнический словарь

ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМА ПО РАЗЪЁМУ - литниковая система с подводом металла по плоскости разъема. ГОСТ 18169 86 … Металлургический словарь

ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМА - литниковая система с питателями, расположенными в горизонтальной плоскости разъема формы (рис. Г 14). ГОСТ 18169 86. литниковая система простой конструкции WIDTH=391 HEIGHT=281 BORDER=0> литниковая система с подводящей и питающей системами… … Металлургический словарь

Вертикальная литниковая система - литниковая система с питателями, расположенными в вертикальной плоскости разъема формы на нескольких уровнях или вертикально. Вертикальную литниковую систему подразделяют на верхнюю, дождевую, сифонную, ярусную … Энциклопедический словарь по металлургии

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:

• слишком быстрый поток жидкого металла может причинить повреждения литейной форме,
• сильно турбулентный поток может захватывать воздух и различные посторонние включения, а
• слишком медленное заполнение литейной формы может привести к образованию холодных пробок.

Хорошая литниковая система

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

Оптимальная конструкция литниковой системы может:

• снизить турбулентность течения расплавленного металла;
• минимизировать содержание в отливке газов и включений;
• снизить количество шлака.

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 . Эта литейная форма иллюстрирует основные принципы процесса заливки расплавленного металла, в том числе, литейных алюминиевых сплавов.

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;
• принцип сплошности;
• число Рейнольдса.

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.

Если пренебречь потерями на трение и считать, что вся литниковая система находится под воздействием атмосферного давления, то из теоремы Бернулли следует, что скорость v течения расплавленного алюминия в нижней точке питателя литейной формы зависит от высоты h , на которой расположена литниковая чаша по формуле:

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:

Q = A 1 v 1 = A 2 v 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.

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.
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.

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.