Технология литейной формы

Емельянова А.П.

Машиностроение, 1986 г.

ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМА

Литниковая система — это система каналов, предназначенных для заполнения формы расплавом. От конструкции литниковой системы в значительной мере зависит качество отливок. Около 30% брака в литейных цехах получается именно вследствие применения неправильной литниковой системы.

Конструкция литниковой системы должна обеспечивать плавный, безударный подвод расплава в полость формы, а также задержание различных неметаллических включений (шлака, пузырьков воздуха и газов и т. д.), находящихся в расплаве.

Качество отливки зависит также от места подвода расплава в форму. В месте подвода литниковой системы форма сильно разогревается, так как весь (и самый горячий) расплав проходит через это место. В результате участки отливки, к которым подводится расплав, охлаждаются медленнее и в них, как правило, наблюдается рыхлота усадочного происхождения.

Если сплав имеет небольшую усадку (например, серый чугун), то подводить металл следует в тонкие сечения, желательно менее ответственные, не подвергающиеся в дальнейшем обработке резанием. В этом случае скорость охлаждения в массивных и тонких сечениях выравнивается, поэтому снижаются усадочные явления, и в первую очередь внутренние напряжения в отливках.

Если сплав имеет повышенную усадку, (например, сталь), то подвод расплава в сечение малой толщины в большинстве случаев не дает положительных результатов. Поэтому при получении стальных отливок часто подводят расплав в массивное сечение под прибыль, чтобы разогреть форму около прибыли. Медленное охлаждение прибыли является необходимым условием питания отливки. Иногда при изготовлении стальных отливок целесообразно заливать расплав непосредственно в прибыль. Например, при получении различных маховиков, шкивов обычно расплав заливают через прибыль, расположенную над ступицей.

В отливки больших размеров, имеющих тонкие сечения, расплав, необходимо подводить рассредоточение— через большое число питателей, расположенных со всех сторон отливки. Особенно это важно для сплавов, имеющих плохую жидкотекучесть (например, для стали). Таким образом, при выборе места подвода расплава и конструкции литниковой системы необходимо учитывать сплав, размеры отливки, толщину ее стенок и конструктивные особенности.

Важное значение имеет скорость поступления расплава в форму. При быстром заполнении расплав оказывает большое динамическое воздействие на стенки формы, в результате чего в отдельных местах форма может быть размыта, а отливка загрязнена песчаными включениями. Кроме того, при быстром движении струя металла захватывает воздух, находящийся в форме, и газы, выделяющиеся из формы под действием высокой температуры. Пузырьки газов запутываются в расплаве и остаются в отливках в виде газовых раковин.

При медленной заливке расплав поступает в форму спокойно, постепенно вытесняя воздух. Отливки получаются чистые, без засоров и газовых раковин. Расход металла на литниковую систему уменьшается. Однако формы, имеющие значительное внутреннее сопротивление (тонкие стенки, большие размеры отливок), в случае медленной заливки могут не заполниться, так как расплав в тонких сечениях быстро остывает и жидкотекучесть его уменьшается.

На практике скорость заливки расплава формы устанавливают в зависимости от размеров, отливки и толщины ее стенок (т. е. внутреннего сопротивления). Простые отливки со стенками большой толщины следует заливать медленно. Чем больше внутреннее сопротивление формы, тем больше должна быть скорость заливки. Для чугунных отливок с разной толщиной стенок рекомендуется принимать следующую скорость подъема уровня расплава в форме:

Толщина стенки, мм......     ... 7—10        10—40        Св. 40

Скорость подъема уровня   расплава, мм/с    20—40        10—20        8—12

Высокие отливки заливают несколько быстрее, чем отливки такой же массы и с такой же толщиной стенок, но более низкие, плоские.

Во всех случаях расплав должен поступать в. форму спокойно, без завихрений. Это необходимое условие для получения отливок хорошего качества, без загрязнений и газовых пузырей.

Основные элементы литниковой системы.

Литниковая чаша предназначена для приема расплава и задержания шлака. Перед заливкой крупных и средних форм отверстие в чаше рекомендуется закрывать пробкой (рис, 109, а) или тонкой металлической пластинкой, чтобы в начале заливки чаша наполнялась расплавом. При этом более легкие шлак и газы успевают всплыть. Затем пробку вынимают (а пластинка расплавляется), и в форму начинает поступать чистый- металл. В течение всего времени заливки чаша должна быть наполнена расплавом. Нельзя прерывать заливку и упускать металл из чаши в форму, так как при этом в форму попадут различные неметаллические включения, всплывшие на поверхность расплава.

Объем чаши зависит от объема отливки. Чаша может быть рассчитана на один — четыре стояка. Большие чаши делают с перегородкой (рис. 109, б), предназначенной также для задержания шлака.

Стояк — вертикальный канал, соединяющий литниковую чашу или воронку со шлакоуловителем. Стояк чаще всего делают круглым, но в некоторых случаях, для того чтобы уменьшить скорость движения расплава на выходе из стояка в шлакоуловитель, его делают прямоугольного сечения. Иногда вместо одного делают несколько таких стояков. Стояки с прямоугольным поперечным сечением применяют для магниевых и алюминиевых отливок.

Чтобы уменьшить скорость движения расплава, стояку придают зигзагообразную форму.

Шлакоуловитель — горизонтальный канал, соединяющий стояк с питателем. Расположен он обычно в верхней полуформе, имеет трапецеидальное сечение, причем высота трапеции должна быть больше нижнего основания, чтобы создать лучшие условия для задержания шлака. Наиболее благоприятные условия для задержания шлака получаются в центробежных шлакоуловителях (рис. 110). Расплав, поступая по касательной в бобышку шлакоуловителя, получает вращательное движение. Все легкие неметаллические включения (шлак, оксидные плены) оттесняются к центру, а чистый металл поступает в следующий канал.

Для магниевых сплавов широко применяют «глухие» шлакоотстойники, которые располагают «а шлакоуловителе над питателями. Подобные шлакоотстойники используют и при заливке других сплавов, например серого чугуна.

Питатели подводят расплав непосредственно в полость формы. Сечение питателей может быть различным (прямоугольным, круглым, трапецеидальным), но площадь сечения должна быть меньше толщины стенки, к которой подводятся питатели.

Выпоры предназначены для вывода воздуха и газов из полости формы при заливке, уменьшения динамического давления расплава на форму, сигнализации о конце заливки. Выпоры выполняют также роль элементов, питающих отливку расплавом в процессе ее затвердевания.

Прибыли (рис. 111) и питающие выпоры применяют для отливок из сплавов, имеющих повышенную усадку, неравномерную толщину стенок, массивные узлы. Прибыли питают утолщенные места отливки, затвердевающие последними, поэтому располагают прибыли так, чтобы расплав мог поступать из них в питаемый узел отливки. Прибыли делают более массивными, чем питаемые узлы, но следует помнить, что применение прибылей невыгодно, так как увеличиваются расход расплава и себестоимость литья.