Тема: конструирование и расчет литниковых систем

Цель работы – овладение навыками определения выбора места подвода литниковой системы к отливке и определение ее размеров.

Теоретическое введение.

Расчет литников в узком смысле предусматривает определение продолжительности заливки формы металлом и размеров элементов литниковой системы. Однако такое решение задачи еще не гарантирует получение качественной отливки, так как, например, неудачно выбранное место подвода питателей может привести к размыву формы или стержня и вызвать брак отливки по различным дефектам. Поэтому при расчете литниковой системы одновременно решаются следующие основные задачи: определение продолжительности заливки формы металлом; выбор места подвода металла и направления питателей; выбор размеров и соотношения площадей элементов литниковой системы.

Для сокращения усадочных явлений в сером чугуне необходимо при разработке технологи и заливки каждой детали стремиться к тому, чтобы температура металла по всем сечениям выравнивалась. Для этого существуют различные приемы, одним из которых является подвод металла в тонкие места отливки. Этим ликвидируется разогрев массивных частей отливок и достигается выравнивание температурного режима отливки. При необходимости у массивной части отливки устанавливается холодильник.

Питатели необходимо располагать, таким образом, и в том количестве, чтобы истекающий из них металл не мог интенсивно разогреть стенку формы, горизонтальные поверхности формы быстро покрывались металлом, уровень его в форме при заливке изменялся равномерно (струя металла в процессе заливки формы не должна прерываться).

Рекомендации при выборе места подвода металла в форму:

– подвод металла в тонкое место отливки способствует выравниванию скорости охлаждения тонкой и более массивной частей отливки, уменьшению

напряжений и усадочных раковин;

– при расположении питателей желательно, чтобы струя не ударяла в стенку формы или стержня, горизонтальные поверхности формы быстро покрывались металлом;

– уровень металла в форме в процессе заливки не должен иметь продолжительных остановок;

– части стержней с вентиляционными каналами не должны перегреваться потоком подводящего металла;

– для чугунных отливок целесообразна система запертого типа (способствующая задержанию шлака), сужающаяся (быстрое заполнение металлом с

положительным давлением);

– для уменьшения скорости потока чугуна в каналах используются тормозящие литниковые системы. Их отличие использование местного сопротивления дросселя (например, в виде сетки, щели, внезапного сужения канала и последующего расширения и. т. д.).

После определения типа литниковой системы должно быть выбрано число (табл. 13) и место подвода питателей к отливке. Для этого рекомендуется:

– рассредоточенный подвод металла большим количеством питателей

снижает возможность местных разогревов, способствует уменьшению усадки,

пористости, горячих и холодных трещин, пригара в районе подвода;

– чрезмерное уменьшение сечения питателей увеличивает торможение металла, может вызвать замедленное заполнение формы и сократить полезный эффект от рассредоточенного подвода;

– для обеспечения плотности и повышения механических свойств стальных отливок питатели необходимо подводить под прибыль или в массивные части отливок, питаемые прибылью;

– подвод металла в вертикально расположенные элементы отливок обеспечивает более высокую плотность, чем в расположенные элементы горизонтально;

– для обеспечения заполнения тонкостенных отливок целесообразно подводить металл сверху и располагать особо тонкие стенки вертикально;

– количество металла, проходящего через тонкую стенку, число поворотов на пути металла и длина пути в тонкой стенке должны быть минимальными;

- не допускать расположения литниковой системы в непосредственной близости от стержневого знака для ликвидации противодавления газа;

– избегать расположения питателей около холодильников и жеребеек;

– осуществлять одностороннее движение металла в форме;

– при изготовлении тонкостенных стальных отливок больших габаритных размеров, металл необходимо подавать к тонким стенкам с помощью большого числа питателей.

Таблица13

Выбор числа питателей для стальных отливок

Вес отливок, кг	Преобладающая толщина стенок, мм
	15-50
Рекомендуемое число питателей
≤10		–	–
10-100	2-5	1-2
100-1000	2-8	2-6	1-2
	–	3-10	2-6

 

Для отливок с не большими толщинами стенок можно пользоваться следующими данными (табл. 14).

Таблица14

Количество металла, протекающего через один питатель

Толщина стенки отливки, мм	5-8	8-12	12-18
Наибольшее количество металла, протекающего через один питатель, кг

 

Определение оптимальной продолжительности заливки.

Продолжительность заливки формы определяется требованиями термической однородности отливки и способами подвода металла (сверху или с низу, в тонкие или толстые места).

При подводе металла снизу и питании из верхних прибылей (питание сверху) заливка должна проводиться быстро.

При медленной заливке возникает опасность перевода усадочной раковины из прибыльной части в тело отливки.

При подводе металла сверху отливки и питании ее из верхней прибыли заливка должна производиться с минимальной скоростью.

При таком режиме заливки величина усадочной раковины уменьшается и концентрируется в прибыльной части.

При отливке деталей с толстыми стенками быстрый подвод металла приводит к уменьшению термической неоднородности ее. Аналогичное явление имеет место и при медленном подводе металла к тонкостенным отливкам.

Минимальная продолжительность заливки формы определяется: возможностью полного удаления из формы и стержня воздуха и газов; необходимостью минимального размывания формы и стержней; минимальным ударом металла о верхнюю плоскость формы в конце ее заполнения; получением отливки с минимальным увеличением ее размера.

Максимальная продолжительность заливки формы определяется возможностью:

– обеспечения металлу необходимой жидкотекучести;

– создания необходимой скорости поднятия металла в форме с целью избежание образования на поверхности отливки «заворотов» и «спаев».

Расчет литниковых систем по методу Дубицкого Г.М. дает удовлетворительные результаты для мелкого стального литья при заливке форм из поворотных ковшей через носок и для среднего и крупного литья при заливке форм из стопорных ковшей[2].

Расчет производят, начиная с определения оптимального времени продолжительности заливки, затем проверяют скорость подъема уровня металла в форме и, наконец, определяют суммарную площадь сечения питателей.

Величина оптимальной продолжительности заливки τ определяется на основании практических данных о средней или преобладающей толщине стенок отливки δ, веса жидкого металла в форме Q (вес отливки, литниковой системы и прибыли) и постоянного коэффициента S, принимаемого по данным табл. 15, и может быть условно выражена

где S ₁ – коэффициент продолжительности заливки, зависящий от рода сплава, температуры заливки, места подвода металла; δ – преобладающая толщина стенки отливки, мм; Q – вес жидкого металла в форме, кг.

Таблица15

Значение коэффициента S₁

Температура металла и жидкотекучесть	Способ подвода металла
Снизу – сифоном или в толстостенные части отливки	На половине высоты или этажный	Сверху или равномерный подвод в тонкостенные части отливки
Нормальные	1,3	1,4	1,5-1,6
Повышенные	1,4-1,5	1,5-1,6	1,6-1,8

 

Примечание. Для отливок, склонных к образованию внутренних напряжений, трещин и усадочных раковин, значение S ₁ увеличивается на 0,1-0,2. При отливке в металлические или песчано-глинистые формы, но с большим количеством наружных холодильников, если заливка ведется быстро, коэффициент S ₁ уменьшается на 0,1-0,2. Для стали с более высокой температурой разливки значение коэффициента S ₁ следует увеличить на 0,1-0,2.

 

Средняя скорость подъема уровня металла в форме υ определяется в зависимости не только от высоты, но и от толщины стенки отливки

где h – высота отливки от нижней до верхней точки (по положению при заливке), мм; τ– продолжительность заливки формы, с.

Значения υ в зависимости от толщины стенок отливки по данным Дубицкого Г. М. должны соответствовать: при толщине стенок7-10 мм скорость заливки должна быть не менее 20 мм/с; при толщине 10-40 мм – более 10 мм/с; при толщине более40 мм – более 8 мм/с.

Скорость заливки должна соответствовать данным продолжительности заливки. Если окажется недостаточной, нужно или изменить положение отливки в форме (принятой при заливке), или уменьшить время заливки, изменяя соответственно параметры литниковой системы. Зная продолжительность заливки формы металлом, можно определить площадь сечения питателей (F _пит) в зависимости от типа ковшей, т.е. поворотных или стопорных.