21. Основы расчета литниковых систем приближенным универсальным методом

1 – воронка; 2 – стояк; 3,4 – шлакоуловитель;

5 – питатель, 6 – тупик; 7 – полость формы

Рис. 1 – Литниковая система

Литниковая система – совокупность каналов в литейной форме, через которые металл из ковша поступает в полость формы (рис.1).

Тип литниковой системы выбирают в зависимости от сплава и конструкции отливки. Необходимо учитывать ряд требований: обеспечивать заполнение формы без недоливов и спаев; задерживать шлак и неметаллические включения; обеспечивать заполнение формы за оптимальное время с опреде­ленной скоростью, без разбрызгивания и размывания стенок формы; расход металла на литниковую систему должен быть минимальный.

Расчет оптимальной продолжительности заполнения формы и скорости подъемауровня металла в форме. При выборе оптимальной продолжительности заполнения формынужно учитывать уровень металла в месте подвода сплава. При подводе снизу при прочихравных условиях продолжительность заливки должна быть меньше, чем при подводе сверху,так как при этом нужно обеспечить до­статочно высокую температуру сплава в прибыль.

При подводе в тонкие части большая продолжительность заливки будет способст­вовать меньшим внутренним напряжениям в отливке.

Аналитическое определение _min и _max в настоящее время затруднительно. Поэтому в практике расчетов широко используются эмпирические зависимости. Наиболее широко известна формула Г.М. Дубицкого:

, где опт – оптимальное время заполнения формы, с; S₁ – коэффициент продолжительности заливки, зависящий от температуры отливки, рода сплава места подвода, материала формы и т.д.;  – преобладающая толщина стенки отливки, м; G – масса жидкого металла, приходящегося на одну отливку в форме, кг.

Под преобладающей толщиной стенки понимается толщина стенки, наиболее удаленной от питателей и находящейся в наиболее неблагоприятных с точки зрения заливки условиях. При этом  не всегда совпадает с геометрической толщиной стенки. Масса заливаемого в форму сплава: G_ж = N*G_отл + G_приб + G_Л.С., где где N – количество отливок в форме, шт; G_отл – черновая масса отливки, кг; G_приб, G_Л.С. – масса прибылей и литниковой системы (принимается 25-30 % и 4-10 %, соответственно от G_отл), кг

Для получения качественной, отливки допускается отклонение зал от рассчитанного _onm в большую или меньшую сторону не более, чем на 20 %.

Определяют среднюю скорость по формуле: _ср = h_отл / _опт, где h_отл – высота отливки, м.

Расчет элементов литниковых систем. Расчет литниковых систем сводится к определению площади наименьшего (лимитирующего) сечения с последующим определением остальных элементов.

Для чугунных и стальных отливок применяют замкнутые (сужающиеся системы), т.е. узким местом является питатель. Питатели является узким местом и для большинства медных сплавов, кроме тех, которые склонны к вспениванию – окислению (алюминиевые сплавы, брон­за и латуни). При литье легких сплавов применяют расширяющиеся и замкнутые системы. Узким местом в этом случае является сечение стояка снизу или шлакоуловителя.

Для расчета размеров сечения узкого места предложено мно­жество формул, таблиц, номограмм, которые корректируют применительно к конкретным отливкам. В расчетах учитывают тип ковша для разливки сплавов (поворотный, стопорный), способ подвода расплава (на одном или нескольких уровнях) и другие факторы.

Расчет площади узкого места производится по формуле (рис.2): , где  – коэффициент расхода литниковой системы;  – плотность сплава, кг/м³; g = 9,8 м/с²; Р – расстояние от уровня подвода металла до верхней точки полости формы по отливку, м; h_ст – высота стояка, м: при боковой системе: h_ст = Р + 1/2* h_отл; при верхней системе: h_ст = 1/2* h_отл; при нижней системе: h_ст = 1/2* h_отл (1/2* h_отл – рекомендуемая толщина слоя смеси над полостью формы под отливку, м).

Значения Н_р, Р, h_ст выбирают в зависимости от типа литниковой системы (рис.2).

а – боковая; б – верхняя; в – нижняя

Рис.2. Типа литниковых систем

Коэффициент расхода литниковой системы () определяется суммой потерь П: .

В литниковых системах встречаются следующие сопротивления и соответствующие потери напора:

1. Повороты каналов (П_пов):

2. Резкие изменения сечений (П_сеч):

Чаще всего соотношение сечений  0,8.

3. Вход из широкой полости в узкий канал П_к (из чаши к стояку); как правило, П_к = 0,5.

4. Сопротивление в виде сетки (П_с), обычно П_с = 5.

5. Потери на трение: , где – средний коэффициент потерь на трение (0,04) на сумму отношений длин к диаметрам всех элементов литниковой системы.

Посла расчета площади узкого места литниковой системы (для чугунов и стали – питателей) площади сечений остальных элементов выбирают из определенных соотношений:

- для чугунных отливок: F_пит : F_шл : F­ст = 1 : 1,2 : 1,4;

- для стальных отливок: F_пит : F_шл : F_ст = 1 : 1,5 : 1,3;

- для алюминиевых и магниевых отливок:

F_ст.в. : F_ст.н : F_шл : F_пит = (1,7-1,5) : 1 : 2 : (2-3);

- для медных отливок: F_ст.в. : F_ст.н : F_шл : F_пит = 2 : 1,6 : 1,3 : 1.

Из площади сечения стояка в нижней его части (F_ст) находят диаметр (м):.

Внизу под стояком нужно устраивать зумпф – углубление, уменьшающее опасность разрушения формы в этом месте. Для отливок из магниевых и алюминиевых сплавов применяют цилиндриче­ские или плоские изогнутые змеевидные стояки.