Расчет литниково-питающих систем при центробежной заливке форм для производства ювелирных изделий. Изготовление блока моделей

Литниково-питающая система (ЛПС) для литья ювелирных изделий на центробежных установках, как и методы ее расчета, отличаются от применяемых при других методах литья. При литье ювелирных изделий на центробежных установках стояк обычно имеет диаметр 6-8 мм. Восковые модели собирают вокруг стояка под углом для обеспечения «спокойного» заполнения полости формы расплавом. Если питатель расположен перпендикулярно стояку, то исключается воздействие

на питатель скоростного напора. При этом создается большое гидравлическое сопротивление па входе в питатель, что снижает скорость потока расплава. Сила удара струи о стенку формы определяется из выражения

Р = Q_v0( 1 — sin α •cos α),

где α — угол наклона потока по отношению к оси стояка, град.; v₀ — скорость потока, м/с; Q — расход расплава, кг/с. При а = 45° значение Q_v0/2 минимально. Режим движения металлического расплава в каналах литейной формы характеризуется критерием Рейнольдса (Re = νd/v, где d — диаметр канала, м; v — коэффициент кинематической вязкости, м²/с). Для получения качественных отливок необходимо обеспечить ламинарный поток расплава, что в реальной литейной форме практически невозможно. Поэтому определяется допустимое число Рейнольдса, при котором не происходит образование дефектов. По Н. М. Галдину [6] оно не превышает 700—800. Е. Н. Кондаков²⁰ предлагает рассчитывать продолжительность заполнения литейной формы при заливке на центробежной литейной установке по уравнению

где п — частота вращения формы, об/мин; h — высота стояка, м; r — расстояние от оси вращения до входа в литниковую систему формы, м; f — площадь сечения стояка, м; µ — коэффициент расхода; т — масса отливки с литником, кг; р — плотность металлического расплава, кг/м. При п = 300 об/мин, что характерно для центробежного литья ювелирных изделий, r = 0,05-0,1 с, т.е. заполнение формы осуществляется уже при первых оборотах коромысла центробежной литейной установки.

Сечение питателя выбирается, исходя из следующего условия: заполнение полости формы расплавом должно заканчиваться раньше, чем затвердевание металла в самом тонком сечении отливки. Питатель должен обеспечивать подвод расплава в отливку в течение всего времени кристаллизации.

Анализ экспериментальных данных показывает, что для изготовления ювелирных изделий методом литья по выплавляемым моделям характерна малая интенсивность теплообмена. В этом случае градиентом температуры по сечению отливки можно пренебречь, т.е. считать, что в расплаве устанавливается однородное по объему температурное поле. Продолжительность кристаллизации отливки толщиной 1 мм (при указанных выше условиях) составляет ~ 6 с, а для цилиндрической ~ 3 с. Таким образом, заполнение полости формы расплавом проходит более интенсивно (в 10—100 раз), чем кристаллизация, и основными видами брака при этом являются усадочные раковины и пористость.

Разрабатывать ЛПС необходимо с учетом того, чтобы в направлении течения расплава площадь сечения каналов постепенно уменьшалась без резкого изменения сечений. В массивных узлах отливки следует делать поднутрения. Если это не удается, лучше выполнять изделия из нескольких частей с последующим их креплением между собой (пайкой, сваркой, клепкой и т. п.).

При проектировании ЛПС требуется также обеспечить удаление воздуха из полости формы. Учитывая высокую скорость заполнения формы, рассчитывать на удаление газов через ее поры не приходится (при относительно толстых отливках). Для этого рекомендуется установка выпоров или дополнительных питателей по высоте отливки (заполнение полости формы при центробежном литье происходит последовательно по высоте стояка). Кроме того, дополнительные питатели увеличивают жесткость крепления модели на стояке, что уменьшает вероятность ее облома (чаще по питателю) во время вибрации и вакуумирования при изготовлении формы.

Модели на стояке располагают достаточно плотно (см. рис. 232—234) с целью уменьшить расход дорогостоящей формовочной массы, повысить производительность процесса и увеличить коэффициент использования металла. Кроме того, достигается формирование более однородного температурного поля в форме. Модели устанавливают на стояке таким образом, чтобы расстояние от них до литниковой чаши было не менее 10—15 мм, а от модели до «дна» опоки — не менее 20 мм. Стояк обычно закрепляют в резиновом поддоне, в котором формируется профиль литниковой чаши и крепят опоку. После этого можно приступать к изготовлению литейной формы.

²⁰ Е. Н. Кондаков. Повышение качества отливок из сплавов золота путем совершенствования технологии формы, раскисления и модифицирования: Дисс. канд. техн. наук. — Л.: ЛПИ, 1983. — 126 с.