Литниковая система. Течение расплава в каналах литниковой системы

Как показывает практика, обычные литниковые системы в современном исполнении позволяют произвести окончательное формообразование готового изделия с четкими контурами. В некоторых случаях используются специальные конструкции, когда металл проходит длительную и сложную трансформацию. Такие агрегаты оснащены круговым коллектором, улучшающим условия заполнения.

Боковые модификации

Боковые литниковые системы оснащены питателями, которые располагаются под прямым углом к входному литнику. Такой тип часто используется в формах с одним и несколькими рабочими гнездами .

Питатель при подходе к рабочей полости имеет уменьшенную толщину, агрегирует с впускным элементом, сечение которого влияет на количество проходящего метала по полости формы. В питателях бокового типа сырье перемещается по плоскости разъема с последующим заполнением нижней части рабочей камеры. При этом происходит блокирование вентиляционных каналов, что затрудняет удаление воздуха. В связи с этим боковые литниковые системы наиболее эффективны при изготовлении неглубоких заготовок.

Если переместить полость в подвижную часть агрегата, поступающий под давлением металл также будет препятствовать удалению воздушных пузырьков из глубины. Стоит отметить, что при литье деталей с большими центральными стержнями, расположенными перпендикулярно, возможно появление ряда дефектов.

Особенности работы бокового литника

Размещение бокового питателя по касательной линии позволяет нивелировать лобовой удар и завихрения. Отливка имеет широкий элемент, который установлен перпендикулярно стержню, а также присутствуют крупные воздушные подключения. В итоге отсутствует воздушная пористость и встречные струи.

С касательными литниками наиболее качественно получается кольцевое литье, при условии, что ширина детали соразмерна с аналогичным показателем рабочего элемента. Нерационально использовать подобный механизм при отливе кольцевых заготовок со ступенчатым диаметром и сплошных деталей. Связано это с тем, что при вращении металла он завихряется, а это негативно влияет на заполнение центральной части, образуя в ней пробелы. Для решения проблемы применяют литник с более широким диаметром.

Расчет литниковой системы требует учета ширины впускного коллектора и его размещения. Эти факторы влияют на качество отливки. Стоит отметить, что при расположении литника возле широкой части заготовки металл будет поступать широкой струей , завихряясь и преждевременно заполняя вентиляционные гнезда . Если система смонтирована с узкой стороны детали, сырье будет течь по стенкам без существенного завихрения.

Литниковые системы центрального типа

Центральные вариации применяются для отливки плоских заготовок, у которых предусмотрено свободное центральное поле (рамы, кольца). Также они используются для выпуска коробчатых и цилиндрических деталей с открытой центральной полостью.

Подобная особенность конструкции позволяет смонтировать ходовой литник по центру оси с торцовой стороны. При этом может использоваться несколько питателей. Центральные отверстия применяются при производстве деталей с полостями, днище которых имеет отверстие. Через него пропускается стержень, трансформирующийся в рассекатель. Этот элемент может проходить строго по центру или со смещением, что дает возможность поместить форму в полости несимметрично к ходовому элементу.

Среди преимуществ центральных литниковых систем для литья под давлением отмечается следующее:

Имеется возможность заполнения рабочей полости несколькими питателями без образования встречных струй металла.
Конструкция имеет одинаковый температурный режим всех рабочих поверхностей, что обеспечивает исключение деформаций поверхности.
Гарантируется существенное сокращение пути металла без добавочной струи из камеры сжатия.
Обеспечивается равное направление поступления металла и извлечения воздуха.

Для корректной работы агрегата и устранения завихрений струя должна направляться параллельно центровому стержню и стенкам формы.

Применение центральных литников

Рассматриваемые приспособления применяются исключительно в формах с одним рабочим гнездом. Отливка тонкостенных заготовок требует монтажа нескольких питателей. Для работы с толстостенной деталью и слабой обтекаемостью достаточно будет одного элемента. Он устанавливается по касательной с впускным отсеком, что позволяет при поступлении металла с одной стороны максимально убрать воздушные примеси.

Обработка крупных заготовок коробчатой и корпусной конфигурации проводится с применением нескольких питателей центрального типа. Это позволяет обеспечить питание всех отдаленных участков рабочей полости, а также исключить возникновение сплошной струи, вызывающей расслаивание сырья. Суммарное значение питателей увеличивается, а плюсы центральной литьевой формы проявляются, если сечение входного элемента будет превышено настолько, чтобы обеспечить питание рабочей полости без возникновения перебоев струи жидкого металла на каждом питателе.

Прямые питатели

Центральные питатели без рассекателей используются для отливки конструкций, конфигурация которых не позволяет установку боковых аналогов. В данном случае элементы литниковой системы монтируются непосредственно на деталь, служат также в качестве питателя. Прямые модификации резонно применять для отлива толстостенных компактных заготовок, которые обрабатываются при малых скоростях питателями большого сечения.

Заполнение при работе в таких условиях не представляет особых трудностей. Основной упор делается на уплотнение металла итоговым давлением. Оптимальные результаты в процессе получаются тогда, когда нагрузка на сырье не убирается до периода открытия рабочей формы (камеры прессованного типа).

Модели с круговым коллектором

Подобные литниковые системы для стальных отливок применяются при невозможности обеспечения одним питателем достаточного заполнения всех удаленных частей рабочей камеры . Основное предназначение агрегата заключается в синхронном подводе металла по всем периферическим отсекам, после чего сырье попадает в трудно питаемые точки при помощи нескольких впускных элементов .

Такая конструкция уместна при наличии удаленных частей от литника, которые не вписываются в стандартные габаритные размеры . Кроме того, подобная конфигурация подходит для отливки решетчатых заготовок, которые при изготовлении встречают препятствия в связи с тонкостенной конструкцией. Особенно это важно, если возле отдаленных отсеков установлены стержни. При отливе решетки встреча двух струй в узких гнездах практически не испытывает вихревых препятствий, в отличие от аналогичного процесса в полостях большого объема .

Эксплуатация

Системы литья с круговым коллектором применяются для обработки зубчатых небольших колес с тонкими стенами, которые имеют широкий шаг и трибок . К каждому зубцу от коллектора подводятся питатели с малым сечением и толщиной около 0,5 мм.

Использование направленных питателей дает возможность вытеснить воздух из металла даже в труднодоступных и слабовентилируемых местах. Они оптимально подходят для выплавки заготовок коробчатой и корпусной конфигурации. Конструкция позволяет избежать возникновения лобовых ударов и излишнего завихрения.

Пресс-форма

Данный элемент литейного производства представляет собой сложное устройство для получения металлических, полимерных и резиновых изделий разных форм. Агрегат служит для литья разнообразной продукции под давлением от литьевых машин. Пресс-форма может быть нескольких типов:

Механического типа.
Полуавтомат или автомат.
Стационарного и съемного монтажа.
С горизонтальными и вертикальными плоскостями разъема .

Узел включает в себя неподвижную матрицу и активную часть. Формирующие полости этих деталей сконструированы обратным способом, что позволяет обеспечить требуемый отпечаток заготовки. Подвод сырья производится посредством литниковой системы, а регулировка температуры осуществляется при помощи воды, циркулирующей в контуре охлаждения.

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 - это система каналов и элементов литейной формы для подвода расплавленного металла в полость формы, обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании. В стальном литье применяют литниковую систему, состоящую в простейшем варианте из следующих элементов (рис. 7.7): литниковой воронки 1, стояка 2, зумпфа 3, литникового хода 4, питателя 5 и прибыли 7. В более сложных вариантах она может включать также обратный стояк 8, щелевой питатель 9 и выпор 10.

Литниковая воронка предназначена для приемки расплавленного металла из литейного ковша и направления его в стояк. Она имеет форму усеченного конуса с большим «основанием» наверху.

Стояк представляет собой вертикальный или наклонный канал для подачи расплавленного металла из литниковой воронки к другим элементам литниковой системы или непосредственно в полость формы.

Литниковый ход - это горизонтальный распределительный канал, предназначенный для подачи расплавленного металла из стояка к питателям. При разливке расплава по формам из поворотных ковшей литниковый ход кроме распределительной функции должен выполнять также роль шлакоуловителя.

Зумпф - это углубление под стояком, предназначенное для ослабления размывающего воздействия на форму падающей струи жидкого металла в начале заполнения стояка.

Питатель представляет собой канал для подвода расплавленного металла от литникового хода до полости литейной формы.

Выпор - это канал для вывода газов из формы и контроля заполнения ее расплавленным металлом. Его выполняют над верхней точкой полости отливки при отсутствии над ней прибыли, а также над закрытыми прибылями.

Прибыль как элемент литниковой системы рассмотрен в разделе 7.1.

Литниковая система дополнительно может содержать фильтр для очистки расплава от шлаковых и песчаных частиц, а также неметаллических включений. Фильтр представляет собой вставку из огнеупорного материала в виде сетки, слоя гранул, стержня с тонкими каналами или керамики со сквозными макропорами. Он обеспечивает грубую или тонкую очистку расплава в зависимости от размера фильтрующих каналов. Кроме того, фильтры оказывают дополнительное гидравлическое сопротивление и позволяют уменьшать скорость течения расплавленного металла по каналам литниковой системы.

Требования к литниковым системам

К литниковой системе предъявляют ряд требований, обусловленных необходимостью получения качественных отливок при наименьших затратах энергетических, материальных и трудовых ресурсов.

Литниковая система должна:

1) обеспечивать быстрое, но спокойное заполнение формы. Быстрое заполнение необходимо для обеспечения полноты заполнения формы. Медленное заполнение может быть причиной формирования в отливках таких дефектов, как недолив, неслитина и спай (из-за начала затвердевания расплава до полного заполнения формы), а также ужимины (в результате длительного воздействия теплового излучения жидкой стали на верхние стенки формы). Неспокойное заполнение формы также нежелательно, так как является причиной повышенной дефектности отливок по пленам и газовым раковинам (из-за захвата воздуха потоком жидкой стали) и засорам (из-за размыва стенок формы и стержня струей жидкого металла);

2) быть экономичной по расходу металла. В стальном литье на литниковую систему расходуется до 40-60 % заливаемого в литейную форму жидкого металла. Поэтому снижение расхода металла на литниковую систему является важным фактором уменьшения затрат на изготовление отливок;

3) быть технологичной, т. е. простой по конструкции, удобной для формовки, компактной (занимать мало места в форме) и легко отделяться от отливки;

4) обеспечивать очистку жидкого металла от шлаковых и песчаных частиц, а также неметаллических включений. При необходимости предотвращения попадания в отливку песчаных и шлаковых частиц литниковый ход выполняют как шлакоуловитель. А при необходимости обеспечения более высокой степени очистки жидкой стали применяют фильтры, которые устанавливают на стыке стояка с литниковым ходом или на стыках литникового хода с питателями;

5) способствовать последовательному затвердеванию различных частей отливки по направлению к прибыли. Для этого подвод металла к отливке осуществляют к массивной ее части и подальше от места размещения холодильников;

6) способствовать рассредоточению термических напряжений и не затруднять линейную усадку отливки. В противном случае концентрация внутренних напряжений может привести к образованию в отливках трещин;

7) обеспечивать удаление газов из стержней. Для этого она, прежде всего, не должна перекрывать вентиляционный канал в знаковой части стержня. В противном случае отливки будут поражены дефектами в виде газовых раковин.

Совокупность требований, обязательных для выполнения, определяется конструкцией отливок, а также уровнем и перечнем предъявляемых к ним требований. Отливки, к которым не предъявляют высоких требований, получают с выполнением минимального их количества. Соответственно отливки, к которым предъявляют повышенные требования, получают с выполнением максимального их количества. Так, выполнение трех первых требований актуально при изготовлении любых стальных отливок. Если к отливке предъявляются повышенные требования по загрязненности неметаллическими включениями, то к первым трем обязательно добавляется четвертое требование. Пятое требование необходимо выполнять во всех случаях изготовления отливок, когда в них возможно образование усадочных раковин и не допускаются усадочная пористость и рыхлота. Если отливка склонна к образованию трещин, то актуальным становится выполнение шестого требования.

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.

Производство отливок позволяет значительно сократить трудозатраты на обработку деталей, снятие лишнего материала. Литниковая система служит для транспортировки расплава с ковша в форму. Она равномерно заполняет пустоты, гарантирует кристаллизацию металла без образования напряжений. Литниковая система представляет собой сложную конструкцию каналов, регулирующих скорость движения и давление расплава. Она своей конфигурацией способствует всплыванию шлака в прибыль.

При извлечении отливки из формовочной смеси, ЛС выглядит грубо. Создается впечатление лишнего металла вокруг детали. На самом деле через детали литниковой питающей системы в процессе заливки выводится воздух и отделяется шлак, подпитывается металлом усадка при охлаждении. ЛПС регулирует давление для заполнения всех элементов заготовки. В результате правильного расчета, структура полученной отливки плотная и равномерная по всему сечению.

Назначение системы

Транспортировка жидкого расплава без разрушения стенок, равномерное заполнение полости формы с постоянной скоростью считают назначением литниковой системы. Одновременно лабиринт ходов из стояков, питателей и прибылей:

отделяет шлак от металла;
не пропускает и отделяет воздух;
выводит скопившиеся газы;
регулирует кристаллизацию;
питает форму при остывании.

Форма деталей литниковой системы препятствуют контакту поверхности остывающей отливки с воздухом, обеспечивает равномерное охлаждение без переходных зон и мест быстрой кристаллизации.

Литейное производство включает в себя создание контуров изготавливаемых деталей с необходимыми технологическими уклонами и допусками на обработку. После этого в прессформах делается система питания – ЛПС. Она рассчитывается с учетом равномерного заполнения всей пустоты исходя из формы будущей детали и толщины ее стенок.

Расположение и тип литниковой системы подбирается исходя из конфигурации заготовки, ее размеров. Металл должен заполнить все пространство равномерно, с одинаковой скоростью, не разрушив внутренние стенки прессформы.

Основные элементы

Литниковая система представляет собой сложную конструкцию с несколькими элементами. Каждая деталь выполняет свою роль и убрать ее невозможно.

К элементам литниковой системы относятся:

наружный конус;
вертикальный конический стояк;
питатель;
литник.

Жидкий металл попадает с ковша в чашу – конусообразную перевернутую воронку. В широкую наружную часть конуса попасть струей жидкого металла проще, чем в узкий канал. Одновременно воздух, сопровождающий струю, выдавливается вверх и внутрь не попадает. Литниковая чаша применяется во всех конструкциях заливных систем. Размер конуса выбирается по размерам отливки, ее весу. Наружным конусом регулируется скорость движения расплава по литниковой системе и время заливки.

Тяжелая жидкость устремляется вниз по узкому стояку, уменьшая скорость движения. Независимо от направления конуса, сечение стояка значительно меньше, чем воронки.

Под стояком имеется небольшое конусное расширение и углубление – зумпф, предотвращающий разбрызгивание. В нем собирается жидкий металл и гасит энергию струи по аналогии водоема под водопадом. Если струя будет падать на твердую поверхность формы, то она ее разобьет. Мелкие брызги быстро застынут, образовав раковины и несплошности в общей массе материала.

С зумпфа жидкость течет снизу вверх, перетекая в литниковый ход и подталкивая шлаки к всплытию. Это позволяет сократить длину ходов, рационально использовать металл.

Литниковые хода всегда делаются в плоскости разъема. Они имеют трапецеидальное сечение и делят общий поток на несколько, распределяя его по питателям равномерно, по всей длине.

В ЛПС питатели последние из ее элементов. Они распределены по всей площади разъема и равномерно заполняют пустоту будущей отливки.

Кроме питательной системы в верней части детали устанавливаются: прибыль и выпор. Первая служит для скопления шлака и подпитки усадки. При охлаждении деталь уменьшается в размерах, проседает, и металл с прибыли восполняет уровень. Количество прибылей зависит от конфигурации и площади отливки. Например, заливается маховик. Его ось располагают вертикально. Над ступицей устанавливают одну прибыль, если деталь до 0,5 тонны. При больших размерах конусы для шлака делаются и по ободу.

Через расположенный в верхней части формы выпор наружу выходят газы, которые все же попали внутрь формы и поднялись вверх. Допускается совмещать выпор с центральной прибылью.

После полного охлаждения, деталь выбивают из формы, и производится обрубка – автогеном или отбойным молотком обрезаются все питатели и прибыля. Длина оставшегося участка зависит от марки стали. У высоколегированных сталей он составляет 80–150 мм и окончательно удаляется механообработкой после отжига. Высоколегированные стали и чугун отжигаются вместе с литниковой системой или только прибылями, только после этого производится обрубка. Термообработка делается сразу, после извлечения отливки из смеси, для снятия напряжений и уменьшения твердости.

Методы расчета литниковой системы основаны на быстроте полного заполнения формы. Они определяют в первую очередь сечение питателей, их количество. В основе расчетов гидравлические формулы и высота стояков, создающих давление. Для чугуна и сталей разных сортов соотношение площадей питателей, прибылей и стояков разная, основана на жидкотекучести материала, толщины стенок. Кроме этого в формулу вводят поправочный коэффициент, значение которого зависит от веса отливки.

Типы систем

Тип ЛПС определяется как оптимальный вариант между быстрым и равномерным заполнением формы и минимальными потерями металла в каналах. Используют различные виды систем.

Во многом конструкция зависит от марки материала. Для небольших деталей из цветных металлов и чугуна до 20 кг, производится литье в прессформу под давлением. Принцип ее заключается в заполнении первой части формы жидким металлом, затем быстрое, под высоким давлением, запрессовывание расплава во вторую половину, представляющую собой непосредственно форму детали. Быстрая кристаллизация с помощью системы охлаждения и через несколько секунд отливка извлекается.

Высокая стоимость прессформы до $100 000 и срок изготовления 2–3 месяца делают единичные отливки сказочно дорогими. Рентабельно использовать прессформы под давлением с их производительностью 10–50 отливок в час, в массовом производстве.

Разрушающий метод – литье алюминия в песок по выплавляемым моделям, позволяет выплавлять сложные по конфигурации изделия.

Особенность заключается в создании из воска или другого легкоплавкого материала точной копии детали и помещение ее в песок с одним питательным каналом. Заливка производится вертикально, без потерь на металл в ЛПС. Отличается большим количеством выпоров, через которые выходит газ от сгоревшей модели.

Для изделий из стали и чугуна, весом более 50 кг, в основном используется горизонтальная литниковая система, более удобная конструкция для совмещения с разъемами. Вертикальная конструкция питателей подходит для цветных сплавов и металлов с высокой температурой плавления, которые заливаются. На типы литниковых систем и расчеты влияют характеристики детали:

масса;
соотношение длины и ширины;
толщина стенок;
сложность конфигурации.

Типы литниковых конструкций различают по направлению заливки: вертикальные для низких деталей с большой площадью, и горизонтальные, если высота отливки больше ширины.

По способу подвода

В ЛПС могут подаваться расплавы на разных уровнях:

сверху;
сбоку;
снизу;
вертикально по высоте;
комбинированно в несколько линий.

По способу расположения питателей различают типы ЛПС.

Верхняя

При верхней системе питатели стоят на одном уровне с литниками. Используется такой способ чаще всего для получения тонкостенных отливок из чугуна. Металл заливается сверху. При сложной конфигурации перетекает по нижним перемычкам на другую от чаши и стояка сторону формы. Чтобы заполнение осуществлялось быстро, при тонких перемычках со стороны стояка делается утолщение в форме. При обработке на станке оно удаляется.

Верхняя система литников наиболее простая в исполнении, характеризуется быстрым прямым заполнением формы металлом. Она приводит к равномерной кристаллизации и минимальным расходом материала для заполнения подводящих каналов. При выбивке отливка легко освобождается от формовочной смеси.

Характерным недостатком является каскадный сброс жидкого металла. Это приводит к захвату воздуха и перемешиванию металла со шлаком. В результате активного течения образуется пена. Шлак задерживается в коллекторе, не выходя в литник. Расплав падает в форму с большой высоты и зумпф не спасает от разрушения стенок, дна формы и стержней горячей струей. Образуются брызги.

Недостатки верхней литниковой системы устраняются кантовкой или наклоном формы. Применяется заливка сверху для деталей высотой менее 100 мм.

Для тонкостенных полых деталей применяется дождевая система – разновидность верхней. Питатели устанавливаются по периметру сверху и равномерно заполняют отливку. Кристаллизация происходит снизу вверх, усадка материала компенсируется непосредственно из питателей. Дождевую систему при заливке массивных деталей совмещают с литниками.

Нижняя

Расплавленный металл подается питателями в нижнюю часть формы. Давление создается за счет высоко расположенной чаши и длинных стояков с обратным конусом – заужены к низу. Заполнение формы снизу происходит равномерно, без окисления и вспенивания. Неметаллические включения задерживаются, не попадая в основной металл. Поступая снизу, по литниковым каналам, расплав вытесняет в прибыля воздух, газы, шлак.

Недостаток литниковой конструкции в перегреве нижней части формы и большой усадке при кристаллизации. Особенно заметно это на цветных металлах, их сплавах, чугуне. Усадочные раковины могут опускаться в основное тело детали. в высоколегированных сталях образуются переходные зоны напряжений при перегреве нижней части и быстром охлаждении верхней.

В расчет литниковой системы для алюминия с его высокой теплопроводностью, входит система охлаждения и дополнительный металл для компенсации усадки, увеличенная высота литников и питателей.

Боковая

Удобная в выполнении литниковая система. Ее детали большей частью расположены в плоскости разъема. Расплав заполняет снизу верхнюю часть отливки и сверху перетекает вниз. Стенки не разрушаются, пена не образуется. Заполнение происходит плавно, спокойно по всей ширине пустоты.

Разновидностью боковой заливки является вертикально-щелевая литниковая система, используемая для изготовления деталей большой высоты. В ней питатели расположены сбоку, вдоль оси детали вертикально. Система подходит для отливки с переменным сечением, тонкими стенками и резкими переходами. Расплав вводится спокойно, хорошо заполняет форму. Шлаки и частицы песчаной смеси отделяются в коллекторе. Процесс кристаллизации протекает равномерно, снизу вверх.

Слабым местом вертикально-щелевой конструкции является вспенивание горячей жидкости в начальный момент заливки. В местах рядом с питателями может возникнуть перегрев и усадка металла. Вертикально-щелевую литниковую систему сложно выполнять, выбивать из формы и удалять.

Ярусная

Большие детали заполняются одновременно двумя и больше линиями питателей. Их располагают горизонтально или вертикально в плоскости разъема, увеличив количество секций формы. Металл течет в форму снизу и сверху, равномерно заполняя большой объем. Процесс кристаллизации происходит по всему объему.

Если расположена горизонтально система ярусная, расчет производится с поправочными коэффициентами, учитывающими более быстрое заполнение пустоты через нижние литниковые питатели с большим давлением. Выравнивание скорости движения расплава производится уменьшением сечения нижних питателей.

При ярусной литниковой системе заливки происходит равномерное поступление металла в разных плоскостях. Уменьшается риск создания переходных зон при кристаллизации. Усадка происходит медленно, с восполнением пустот расплавом.

Для высоких деталей питатели располагают в 2 линии вертикально. Металл подается через стояки снизу. Заполнение равномерное и спокойное, без захвата воздуха. Газы и шлак поднимаются вместе с основным металлом вверх, заполняя прибыля.

Комбинированная

Соединение в одну конструкцию нескольких типов литниковых конструкций позволяет компенсировать недостатки одних достоинствами других. Такие системы создаются при отливе деталей с большой массой и сложной конфигурацией в песчаные формы. Если деталь имеет поперечное сечение по краям больше, чем в середине, питатели подводятся к линиям наибольших размеров. В результате происходит заполнение наибольших по массе элементов. Затем заливается середина. Кристаллизация начинается по периметру одновременно во всех частях отливки.

Сложные конфигурации требуют одновременного поступления расплава во все элементы, соединенные тонкими перегородками. Комбинирование литниковых конструкций позволяет поступать металлу одновременно во все места.

Чем меньше деталь по весу, тем проще литниковая система. Для больших отливок с большим количеством переходов устанавливают ярусные и комбинированные системы литниковых ходов. Конструкцию упрощают совмещением ее элементов. Например, выпор и прибыль, заливка через шлакосборники.

Вам также могут быть интересны статьи:

Виды литья металлов и сплавов