книги из ГПНТБ / Разумов, В. Н. Технология литейного производства учеб. пособие

времени весь металл из чаши вытечет через литниковую систему сечением /, если не доливать металл из ковша, т. е. характеризует возможность неравномерной подачи расплава из ковша в чашу. Коэффициент запаса выби­ рается по эмпирической таблице, для отливок массой в 100 кг он составляет не менее 3, а для отливок мас­ сой 50000 кг — не менее 8.

Следует отметить, что для особо ответственных от­ ливок массой до 100 кг очень часто объем чаши с закры­ тым стояком берут равным объему заливаемого в форму расплава. В этом случае вся требуемая порция расплава выливается в чашу, металл выдерживается для очистки от шлаковых частиц и только после этого вынимается пробка и начинается заполнение формы из чаши без до­

ливки металла из ковша.

При использовании чаш с пробками надо соблюдать следующие правила:

—пробки должны иметь грушевидную форму, что­ бы они хорошо притирались к верхнему срезу отверстия стояка в чаше и легко извлекались после заполнения ча­ ши расплавом;

—пробки должны быть чистыми, окрашенными формовочной краской и тщательно просушенными; перед заливкой металла в чашу пробку надо притереть, чтобы

избежать преждевременного просачивания расплава в стояк.

Расплавляемые пластины укладываются в специаль­ ное гнездо чаши над стояком. При заполнении чаши рас­ плавом пластина нагревается и постепенно расплавля­

30

ется, начиная с центра. Толщина пластины и ее матери­ ал подбираются так, чтобы к концу заполнения чаши в ней образовалось отверстие и началось движение рас­ плава по литниковой системе. К сожалению, пластины расплавляются не сразу, поэтому вначале в стояк посту­ пает небольшая струя и лишь через некоторое время истечение начинается полной струей. Этот недостаток обычно сдерживает применение чаш с расплавляемыми пластинами.

Рис. 11. Заливочные чаши с закрытым стояком и чашарусло для дождевой заливки

При заливке через упрощенную литниковую систему, составленную из чаши-русла и дождевых питателей, ре­ комендуется делать русло замкнутым с соблюдением следующего соотношения

^ р у Сл. = (1,5-3,0)Ѵ /п,

где 2/п — суммарная площадь сечения всех дождевых питателей;

F русла— площадь сечения русла.

Конструктивное оформление чаш с закрытым стоя­ ком и чаши — русла показано на рис. 11.

Второй элемент литниковой системы обычно — стояк. Его назначение — подать расплав внутри стенки формы к заданному уровню и затем ввести его в шлакоуловитель или сразу в питатели. При этом в стояке недопустимы вихревые трубки и вакуум. Чтобы удовлетворить этим требованиям, рекомендуется выполнять стояки с соб­ людением следующих правил.

31

В заполненных литниковых системах, где сечение канала стояка по площади больше сечения последую­ щих элементов, стояки выполняют в виде вертикальных круглых каналов с уклоном стенок 1:100, т. е. с обычным формовочным уклоном. При этом диаметр стояка не ре­ комендуется брать более 60 мм, для очень крупных от-

Рис, 12. Типовые конструкции стояков для черных и цветных сплавов

ливок — более 100 мм. Если площади сечения такого стояка недостаточно, то из чаши опускают два и более стояков. Стояки очень большой высоты нежелательны и тогда, когда конструкция формы позволяет, стояки высоких форм делают прерывистыми, т. е. ведут стояк из чаши до первого разъема формы, затем промежуточ­ ным литниковым ходом отводят расплав в сторону, и опускают второй стояк до следующего разъема формы

и т. д.

При машинной формовке невысоких отливок часто стояки делают с обратным уклоном, что облегчает уста­

32

новку модели стояка и формовку. Обычно за таким стоя­ ком ставят гидравлическое сопротивление, которое по­ зволяет быстро создать металлостатический напор в стояке и вести заливку с тем же режимом, какой уста­ навливается при стояке с нормальным конусом.

При изготовлении отливок из легких цветных спла­ вов наиболее часто применяют стояки наклонные с гид­ равлическим затвором или зигзагообразные. Послед­ ние обычно имеют вид изогнутой ленты с соотношением ширины b к толщине б, равным 2:1. Поток в изогнутом ленточном стояке наиболее приближается к ламинар­ ному, что очень важно для качественной заливки таких сплавов.

Наиболее типичные конструкции стояков показаны на рис. 12.

Весьма важные элементы литниковых систем — зумпфы и тупиковые отводы. Эти элементы не рассчиты­ ваются, их выбирают по практическим рекомендациям. Основное их назначение — предохранить стенки форм от размывания струями расплава при ударном воздей­ ствии потока и принять в тупике первые, наиболее засо­ ренные частицами формовочной краски, припыла, пес­ чинками и другими неметаллическими включениями, порции расплава, не допустив попадания их в полость формы.

Зумпфы — тупиковые углубления под стояками и другими вертикальными каналами литниковой систе­ мы — должны иметь глубину не менее 1,5—2 диаметров стояка. Дно зумпфа чаще всего выполняется полукруг­ лым. Тупиковые отводы на горизонтальных каналах лит­ никовой системы располагают так, чтобы первые порции расплава по инерции затекли в тупик, а последующие — уже двигались в направлении к полости формы. Особен­ но важно делать тупиковые отводы на переходах от шлакоуловителей к питателям. Типичные конструкции зумпфов и тупиковых отводов показаны на рис. 13.

При конструировании литниковых систем большое внимание уделяется шлакоуловителям, причем конст­ руктивных вариантов их очень много. По-видимому, за­ служивают наибольшего внимания следующие:

— простые шлакоуловители заполненных литнико­

вых систем;

— шлакоуловители с дроссельной приставкой;

—шлакоуловители с фильтрами;

—центробежные шлакоуловители;

—щлащвыпоры.

При расчете шлакоуловителей следует учитывать, что шлак должен задерживаться во всех звеньях зали­ вочной системы: в ковше, чаше, стояке, шлакоуловителе,

Рис. 13. Зумпф под стояком и тупиковый отвод в переходе от шлакоуловителя к питателю

ливается от 0,6 до 0,9% шлаковых частиц. Плотность шлака при заливке чугуна и стали колеблется в пределах от 3000 до 4500 кг/м3. Следовательно, объем шлака в ков­ ше может составлять от

Ршл = 1,335М;см3

до

_ о,9м[ 3 шл 100-3000 м

или

= 3 >0Л1І СМ*

Если принять, что в шлакоуловитель попадет все­ го 0,1 часть шлака, находившегося в ковше, то и тогда его объем в шлакоуловителе составит от 0,13 М \ см3

34

до 0,3 M ' 1 см3, где М \ — количество металла, протек­ шего через шлакоуловитель в килограммах. Этот шлак должен быть задержан в шлакоуловителе и его следует расположить в верхней части шлакоуловителя слоем не более 3—5 мм. По мнению А. Г. Спасского, слой чистого расплава под шлаком в шлакоуловителе должен быть по высоте не менее 10—15 мм. Следовательно, объем шлакоуловителя должен быть больше объема улавли­ ваемого шлака в 4—6 раз, что подтверждается решени­ ем простейшего соотношения

Гидромоделированием Б. В. Рабинович установил, что нормальное улавливание шлака происходит только тогда, когда скорость движения расплава в шлакоуло­ вителе не превышает 30—45 см/с. Чтобы иметь такую скорость, надо площадь сечения канала шлакоуловите­ ля принимать равной

Расстояние от места входа расплава в шлакоулови­ тель до первого питателя следует выбирать таким, что­ бы шлак на этом пути уже успел всплыть к верхней кромке шлакоуловителя. Для простых прямых шлакоуловителей наполненных литниковых систем имеем

Г'шл , = 1,2»ые и S = h ишл Q t

где 5 — расстояние до первого питателя; h — высота канала шлакоуловителя;

ѵШЛі — скорость движения шлака вдоль шлакоу­ ловителя;

і»шл Q — скорость всплывания шлака.

Тупиковая часть шлакоуловителя выбирается кон­ структивно, но не менее 20—50 мм. Общая длина шла­

коуловителя зависит от количества и расстояния между питателями .

При устройстве шлакоуловителей с внезапным рас­ ширением канала в 2 раза ушл<і также снижается при­ мерно в 2 раза. Следовательно, можно сократить рас­ стояние S до первого питателя, что необходимо для луч­ шего размещения моделей и литниковой системы на подмодельной плите и лучшего использования объема литейной формы.

Шлакоуловители с дроссельной приставкой предло­ жены Б. В. Рабиновичем. Между стояком и таким шла­ коуловителем располагается специальный узкий щеле­ видный канал — дроссель, который обеспечивает лами­ нарный характер движения струй на пути от стояка к шлакоуловителю и ввод расплава в шлакоуловитель снизу вверх. Это позволяет быстро вынести шлаковые частицы в верхние слои шлакоуловителя, сбросить ско­ рость движения расплава после дросселя и тем самым значительно улучшить работу шлакоуловителя. Вот по­ чему дроссельные литниковые системы получили широ­ кое распространение.

Конструкции дросселей отработаны методом гидро­ моделирования, и соответствующие данные о них сведе­ ны в справочные таблицы. Размеры и конструкция шла­ коуловителей с дросселями выбираются в соответствии с приведенными выше данными, причем скорость движе­ ния расплава в них можно брать на верхнем пределе, а расстояние до первого питателя значительно сокращать.

При заливке сплавов, склонных к образованию окисных плен и пены, применяют шлакоуловители с фильтро­ вальными сетками или с керамическими фильтрами. Фильтровальные сетки выполняют в виде песчаных стержней с отверстиями диаметром от 3 до 6 мм, метал­ лическими пластинами с пробитыми в них отверстиями диаметром 2—3 мм, ткаными сетками из стальной про­ волоки или стекловолокна с отверстиями до 2 мм. Общую площадь отверстий берут равной 75—85% от площади канала, в который вставлена сетка. Исключение состав­ ляют песчаные стержни с отверстиями. Их размеры по­ добраны методом гидромоделирования и сведены в спра­ вочные таблицы. Фильтровальные сетки устанавливают в верхнем или нижнем срезе стояка, в шлакоуловителе или на переходе от стояка к шлакоуловителю.

36

В последнее время предложены керамические фильтры. Они выполняются из керамических пористых гранул, способных адсорбировать окисные плены и шлаковые частицы. В результате протекающий расплав очищается с одновременным «заилением» самого фильтра. Поэтому при выборе керамических гранул необходимо знать спо­ собность их к адсорбированию шлаковых частиц и ха­ рактер заиления при разных режимах течения расплава.

|t|

Рис. 14. Прямые шлакоуловители современных кон­ струкций

Таких данных пока не накоплено, поэтому приходится керамические фильтры подбирать опытным путем для каждого сплава отдельно.

Рекомендуемые конструкции описанных шлакоулови­ телей показаны на рис. 14.

Центробежные шлакоуловители образуются кониче­ ской или цилиндрической полостью, к которой расплав подводится промежуточным литниковым ходом по ка­ сательной. В результате металл в этой полости начинает вращаться с образованием вихревой воронки. Свободная поверхность такой воронки, как известно, определяется

37

где z — ордината заданной точки на свободной поверх.- ности воронки;

©— скорость вращения расплава;

п— число оборотов расплава;

г — удаление заданной точки от оси вращения.

На свободной поверхности воронки пьезометрический напор равен нулю. Поэтому к этой поверхности оттесня­ ются все частицы с удельным весом меньшим, чем у рас­ плава, т. е. все шлаковые и неметаллические частицы. Очищенный расплав из центробежного шлакоуловителя отводится сбоку в направлении обратном вращению ме­ талла или через дно шлакоуловителя вниз. Унифициро­ ванные конструкции центробежных шлакоуловителей, предварительно проверенные гидромоделированием, приведены в справочных данных. Для неунифицирован­ ных центробежных шлакоуловителей выбирать размер надо так, чтобы образующаяся в них воронка не опуска­ лась до выходного канала и чтобы объем воронки был достаточен для размещения всего шлака.

В том случае, когда сплав при заливке образует пе­ ну, т. е. когда окислы и шлаки, смешиваясь с газами, превращаются в пузырчатую массу, обычных шлакоуло­ вителей применять уже нельзя, т. к. их объем оказывает­ ся недостаточным. В этом случае наиболее целесооб­ разно применять шлаковыпоры. Последние по своей конструкции подобны центробежным шлакоуловителям, но имеют полость более высокую, обычно выходящую на поверхность литейной формы. При такой конструкции шлакоуловителя образующаяся пена может вытекать из формы наружу, если объем шлаковыпора недостато­ чен. Подвод расплава к шлаковыпору можно делать по касательной или строго по вертикали снизу, чтобы бы­ стрее вынести пену наверх.

Конструкции центробежных шлакоуловителей и шлаковыпоров показаны на рис. 15.

При конструировании питателей, назначение кото­ ры х— подать расплав непосредственно в полость литей­ ной формы, рекомендуется придерживаться следующих правил.

Глубина канала питателя в зоне подсоединения к шлакоуловителю принимается равной 0,2 /гшл. При та­ ком соотношении устраняется подсос шлаковых частиц из шлакоуловителя. Длина питателя определяется рас­

38

положением отливок в литейной форме, но не рекомен­ дуется брать ее менее 5 В, где В — ширина канала пита­ теля. Число питателей выбирается таким, чтобы обеспе­ чить равномерное заполнение полости формы расплавом и облегчить борьбу с усадочными раковинами. Так, для тонкостенных отливок, в которых не предусматривается подпитка расплавом из прибыли, лучше всего число пи-

Рис. 15. Центробежный шлакоуловитель и шлаковыпор

тателей брать достаточно большим и распределять их равномерно по всему контуру отливки. При этом не бу­ дет местного перегрева формы и металл в отливке будет затвердевать более равномерно. Для отливок, в которых производится подпитка из прибыли, предпочитают ста­ вить только один питатель с подводом его в непосредст­ венной близости от прибыли или прямо в прибыль, что­ бы усилить действие последней за счет дополнительного разогрева формы протекающим расплавом. Расположе­ ние и направление питателей выбирают так, чтобы не создавать удара струи о стенку формы или стержня и не Допускать их размывания металлом. Кроме того, учиты­ вают недопустимость образования «газовых карманов», т. е. полостей форм, закрываемых поднимающимся сни­ зу расплавом и не имеющих поэтому каналов для выво­ да газов. Нельзя допускать, чтобы расплав накапливал­ ся сначала в некоторой части формы, а затем сливался в соседнюю часть через выступ формы. Газовые карманы всегда приводят к недоливу, слив расплава через выступ формы с остановкой движения расплава вверх приводит

39