5. Проектирование и расчет литниковой системы и прибылей

Литниковая система — система каналов для подвода ме­талла в литейную форму. Литниковая система должна обес­печить непрерывную заливку в форму очищенного металла с определенной скоростью. При этом не должно быть раз­рушения (размывания) формы потоком металла, а отходы металла на литниковую систему должны быть минималь­ными.

Литниковая система включает, как правило, следующие элементы (рис. 15): стояк 2 —вертикальный канал, соеди­няющий литниковую чашу (воронку) 1 со шлакоуловителем 4; шлакоуловители (3, 4) — горизонтальные трапецеи­дальные каналы, соединяющие стояк с питателями 5 и за­держивающие шлак и неметаллические включения из потока заливаемого металла; питатели — горизонтальные кана­лы, соединяющие шлакоуловитель с полостью формы; при­быль 6 — элемент для питания отливки жидким сплавом в период затвердевания и усадки; выпор — вертикальный канал для отвода газов из верхней точки полости и контро­ля за ходом заливки, выполняемый при отсутствии откры­той прибыли.

Шлакоуловители и питатели располагают в полости разъема формы соответственно в верхней и нижней ее ча­стях.

В зависимости от размеров отливки металл может быть подведен к полости сбоку (через шлакоуловитель 4, см. рис. 15); снизу (сифоном), когда h≈0; сверху (через шлакоуловитель 3) и комбинированным (этажным) способом, представленным на рис. 15.

Рис. 15. Схема литниковой системы

При выборе способа подвода металла следует помнить, что высота свободного падения металла (h) не должна пре­вышать 100... 150 мм, высота свободного подъема металла до верха формы или ближайшего уровня подвода металла (H) — не более 600 ... 800 мм. Кроме того, питатели пред­почтительно располагать так, чтобы струя металла была направлена вдоль полости, вдоль стержней c целью умень­шить вероятность размыва формы.

Металл литниковой системы после охлаждения отливок отрезают, а остатки подвергают зачистке или механической обработке.

Для выбранного способа подвода металла необходимо рассчитать размеры поперечных сечений системы, чтобы обеспечить оптимальную скорость заливки или оптималь­ное время заполнения формы:

,где

τ — время заливки, сек; t — толщина стенки отливки, мм; М — масса заливаемого в форму металла, кг; s — коэффи­циент, учитывающий жидкотекучесть сплава и размеры от­ливки. Для чугуна s=1,7 ... 2, для стали — 0,9 ... 1,75, для алюминиевых сплавов — 1,9 ... 2,5. Меньшие значения соответствуют мелким отливкам.

Площадь сечения всех питателей , ∑F_п можно найти со­гласно уравнению:

∑F_п=1000 М/(μτ√2•981H_ср),

где μ — коэффициент сопротивления литниковой системы (для чугуна μ=0,5 или 0,4; для стали μ=0,4 или 0,3 при одном или двух поворотах струи на 90°); — плотность сплава (для чугуна =7,6 г/см³, для стали — 7,4 г/см³); H_ср.=H_ст. — H²/2H_отл. — средний гидростатический напор, см (H_ст. — высота стояка, H — высота сифонного подъема ме­талла (см. рис. 15), H_отл. — высота отливки),

Площадь сечения шлакоуловителя F_шл. и стояка F_ст. для чугунных и стальных отливок массой до 1 т находят из со­отношения:

∑F_п : ∑F_шл. : F_ст.== 1 : 1,1 : 1,15:

Размеры поперечных сечений питателей, шлакоуловите­ля находят из соотношений между сторонами и высотой трапеций:

b_п=0,8a_п, h_п= (0,3 ... 0,8) а_п ,

b_шл.=0,8а_шл, h_шл=(1 ... 1,2) а_шл.

Число питателей выбирают таким, чтобы их высота не пре­вышала толщину стенки отливки. Обычно число питателей составляет не менее двух.

Прибыли служат для компенсации уменьшения объема сплава в процессе кристаллизации вследствие усадки. При наличии прибыли усадочные раковины образуются не в от­ливе, а в прибыли. После охлаждения металла прибыли от­резают от отливок. Прибыли устанавливают на стальных отливках, а также на отливках из высокопрочного и ковко­го чугуна и некоторых, цветных сплавов. На отливках из серого чугуна, у которого усадка невелика, прибыли не пре­дусматривают, за исключением крупных толстостенных от­ливок.

Прибыли устанавливают на верхних массивных участ­ках отливок в соответствии с принципом направленного .затвердевания, который проверяют методом вписанных ок­ружностей: окружность, вписанная в самый тонкий нижний элемент отливки, должна «выкатываться» в прибыль. При этом диаметр окружности при направлении снизу вверх мо­жет оставаться постоянным или только увеличиваться. Если окружность не «выкатывается», то в этих зонах обра­зуются усадочные раковины.

Прибыли бывают открытыми (выходят на верхнюю по­верхность формы) и закрытыми (находятся внутри литей­ной формы). Располагаться прибыли могут на горизонтальных участках отливки (рис. 16, а) и на вертикальных (рис. 16, б). Размеры прибылей зависят от диаметра окруж­ности d₁, d₂ вписанной в подприбыльную часть отливки, при этом диаметр окружности может быть больше или равен толщине стенки отливки t.

Рис. 16. Типовые схемы установки прибылей.

Толщина прибыли t_пр. стальных отливок с толщиной стенки до 100 мм должна превышать диаметр вписанной окружности:

H_пр.1= (1,6 ... 2,5)d₁; H_пр.2=(1,4 – 2,4)d_2.

Меньшие значения соответствуют мелким и невысоким H/d₂<10 отливкам, а также имеют место в случае за­ливки металла непосредственно в прибыль.

Высота прибыли h_пр определяет объем металла в ней и может быть найдена по соотношениям:

h_пр1=(1,8 ... 1,2)d₁; h_пр2 =(1,6 ... 4)d₂.

Длину прибылей (d_пр1, d_пр2) и их число назначают таким об­разом, чтобы гарантировать питание всей отливки. Тогда суммарная протяженность прибылей составляет 40—100% длины или периметра питаемого элемента отливки.

Закрытые прибыли {рис. 16, в, г) имеют скругленную форму, они также должны гарантировать выполнение прин­ципа направленного затвердевания.

Рассмотренные расчеты литниковой системы являются приближенными. В производственных условиях используют более точные методики, изложенные в специальной лите­ратуре [2, 5, 6].