Тема: типы литниковых систем. Инженерные методы расчета литниковых систем

План лекции

1. Типы литниковых систем, их достоинства и недостатки.

2. Методы расчета литниковых систем для отливок, получаемых в ПГ-

формах.

Типы литниковых систем. В зависимости от места подвода расплава в полость формы применяют горизонтальные и вертикальные литниковые сис- темы.

Горизонтальные литниковые системы (рис. 186). Они имеют питатели, расположенные в плоскости разъема формы. Обычная литниковая система состоит из расположенных в верхней полуформе воронки 1 (или чаши стояка

2), шлакоуловителя 3, выпора; в нижней полуформе выполняют питатель 4 (или питатели). Применяют такую систему при изготовлении простых по конфигурации и небольших по массе и габаритным размерам отливок 5 (рис. 186, а).

Рис. 186. Горизонтальные литниковые системы:

а – обычная, б – с тангенциальным подводом металла,

в – со шлаковыпором, г – с фильтром, д – с торможением за счет зигзагообразного исполнения шлакоуловителя

Литниковую систему с тангенциальным подводом металла в полость формы используют при изготовлении отливок типа шкивов, шестерен. При таком подводе металла более легкие примеси и шлак располагаются ближе к центру формы, а периферийная зона отливки получается качественной (рис. 186, б).

Для более полного удаления шлака применяют литниковые системы со

шлаковыпором; при этой системе подвода металла выпор 6 устанавливают на шлакоуловитель 3, имеющий утолщение (рис. 186, в). С этой же целью на уровне основания воронки или основания стояка размещают фильтр 7 (рис. 186, г) При изготовлении отливок большой высоты используют зигзаго- образную конструкцию шлакоуловителя, тормозящего струю металла (рис. 186, д).

Вертикальные литниковые системы (рис. 187). Питатели вертикальной литниковой системы располагаются в вертикальной плоскости разъема фор- мы, на нескольких уровнях или вертикально. К таким системам относят верх- нюю дождевую, ярусную, иногда и сифонную.

Рис. 187. Вертикальные литниковые системы:

а – упрощенная, б – прямая дождевая, в – дождевая со шлакоуловителем,

г – сифонная, д – этажная, е – сифонная для мелких отливок, ж – рожковая упрощенная, з – рожковая со шлакоуловителем и фильтрующей сеткой, и со змеевидным стояком, к – со щелевым питателем, л – с обратным стояком;

1 – чаша, 2 – воронка, 3 – стояк, 4 – змеевидный стояк, 5 – шлакоуловитель,

6 – питатель, 7 – отливки, 8 – фильтровальные сетки, 9 – рожковые питатели,

10 – коллектор, 11 – обратный стояк

Верхняя литниковая система обеспечивает подачу расплавленного ме- талла в полость литейной формы сверху. Упрощенную систему с верхним подводом жидкого металла через стояк 3 применяют для массивных отливок, к которым не предъявляют высоких требований по качеству (рис. 187, а).

Дождевой называют литниковую систему, в которой подвод расплав- ленного металла осуществляется несколькими питателями 6. В дождевой сис- теме расплав подводится в полость формы сверху через вертикально распо- ложенные питатели 6 или через шлакоуловители 5 и питатели 6. При этом форма предохраняется от размыва, а в отливке 7 создаются условия для на-

правленного затвердевания в случае непрерывного питания нижних частей отливки горячим расплавом из верхних. Однако мелкие струи жидкого ме- талла при заливке могут окисляться; выход газов из формы затруднен. Если размер питателей не слишком велик, то такая система хорошо отделяет шпак от расплава (рис. 187, б, в).

Сифонной называют литниковую систему, обеспечивающую подачу расплавленного металла в полость литейной формы снизу. Сифонную литни- ковую систему используют при изготовлении отливок 7 большой высоты.

При этом устраняется разбрызгивание расплава и размыв формы. Разо- грев формы в месте подвода жидкого металла создает неблагоприятные усло- вия для затвердевания отливки. Если сифонная литниковая система подводит расплав в полость формы снизу через питатель 6 непосредственно от стояка 3, то литниковая воронка 2 в этом случае может иметь фильтрующую сетку 8. Направленное затвердевание снизу вверх при сифонной заливке затруднено, так как нижние части отливки непрерывно пополняются горячим расплавом (рис. 187, г, е).

Лучшие результаты в этом отношении обеспечивает этажная литнико-

вая система, по ней горячий расплав поступает через верхние слои жидкого металла в полость формы, поэтому применяют двух- или многоступенчатый подвод металла. При таком рассредоточенном (по высоте отливки) подводе расплава предотвращаются окисление сплава и местный разогрев формы (рис. 187, д).

К сифонным относят литниковую систему с рожковым подводом рас- плава (ж), а также систему со змеевидным стояком (рис. 187, з). В рожковой системе расплав подводится в рабочую полость литейной формы снизу. Улавливание шпака осуществляется шлакоуловителем или сетками. В первом случае фильтрующую сетку помещают между шлакоуловителем и литнико- вым ходом, во втором – ее устанавливают в воронку. Рожковый питатель ис- пользуют при литье заготовок для шестерен и зубчатых колес – деталей, у ко- торых недопустимы дефекты в местах нарезания зубьев. Змеевидный стояк используют для торможения струи расплава, если отливка имеет большую высоту.

Следует отметить, что при изготовлении форм для стальных отливок не применяют сложных шлакоулавливающих устройств, так как сталь заливают в формы преимущественно через стопорные ковши, стремясь уменьшить по- тери теплоты.

При изготовлении высоких отливок, чтобы ослабить ударную силу струи металла и предохранить форму от местного разогрева, применяют вер- тикальную щелевую литниковую систему (рис. 187, к) или комбинированную

– с обратным стояком (рис. 187, л).

Расчет литниковых систем.

Расчет литниковой системы при заливке из поворотного ковша. мето-

дика расчета литниковой системы основана на определении продолжительно-

сти и скорости заливки металла в форму.

Определение оптимальной продолжительности заливки. Продолжи- тельность заливки формы определяется требованиями термической однород- ности отливки и способами подвода металла (сверху или снизу, 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 рако-

вины 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 явле- ние имеет место и при медленном подводе металла к тонкостенным отливкам.

Минимальная продолжительность заливки формы определяется: воз- можностью полного удаления из формы и стержня воздуха и газов; необхо- димостью минимального размывания формы и стержней; минимальным уда- ром металла о верхнюю плоскость формы в конце ее заполнения; получением отливки с минимальным увеличением ее размера.

Максимальная продолжительность заливки формы определяется воз- можностью: обеспечения металлу необходимой жидкотекучести; создания необходимой скорости поднятия металла в форме с целью избежания образо- вания на поверхности отливки «заворотов» и «спаев».

Расчет литниковых систем по методу Дубицкого дает удов- летворительные 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 [3].

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

Величина оптимальной продолжительности заливки формы определя-

ется по формуле (уравнение Дубицкого Г.М.)

S 1 3 Q, (15)

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.

Значение коэффициента S 1 для отливок из стали приведено в табл. 78. Значение коэффициента S 1 для чугунных отливок принимают 2; для алюми- ниевых 2,4.

Вес жидкого металла в форме складывается из черного веса отливки,

литниковой системы и прибыли

Q Q ч

Q л.с

Q пр, (16)

где Q ч – черновой вес отливки, кг; Q л.с – вес литниковой системы, кг; Q пр – вес

прибыли, кг.

Температура металла и жид- котекучесть	Способ подвода металла
снизу – сифоном или в толстостенные час- ти отливки	на половине высо- ты или этажный	сверху или равномер- ный подвод в тонко- стенные части отливки
Нормальные	1,3	1,4	1,5-1,6
Повышенные	1,4-1,5	1,5-1,6	1,6-1,8

Значение коэффициента S 1

Таблица 78

Примечание. Для отливок, склонных к образованию внутренних напряжений, тре-

щин и усадочных раковин, значение S 1 увеличивается на 0,1-0,2. При отливке в металличе- ские или песчано-глинистые формы. Но с большим количеством наружных холодильни- ков, если заливка ведется быстро, коэффициент S 1 уменьшается на 0,1-0,2. Для стали с бо- лее высокой температурой разливки значение коэффициента S 1 следует увеличить на 0,1-

0,2.

Черновой вес отливки складывается из чистого веса детали, припусков на механическую обработку и припусков на обрезку литников и прибыли.

Расход на литниковую систему Q л.с принимается равным 3-10 % от чер-

нового веса отливки и веса прибыли

Q л.с

(Q ч

Q пр)

(3 10)%. (17)

При этом большая величина принимается для мелкого литья.

Найденное время рекомендуется проверить соотношением

Н, (18)

где υ – скорость подъема металла в форме, см/с; Н – высота отливки по поло-

жению при заливке, см.

При толщине стенок 7-10 мм скорость подъема υ должна быть не менее

20 мм/с; при толщине 10-40 мм – более 10 мм/с; при толщине более 40 мм –

более 8 мм/с.

Если скорость охлаждения недостаточная, то нужно уменьшить время заливки или же изменить положение отливки в форме.

Определение площади сечения питателей при заливке из поворотного ковша. Площадь узкого сечения литниковой системы (F пит) рассчитывают по формуле

F Q, (19)

уз.пит 2 g Н

опт о р

где Q – вес отливки с прибылями и литниками, кг; τопт – оптимальная про-

должительность заливки форм металлом, с; ρ – плотность металла, кг/м3; μо –

коэффициент расхода металла в форме; g – ускорение силы тяжести, м/с2; Н р

– расчетный (средний) металлостатический напор металла в форме, м.

Значение коэффициента расхода μо для чугунных и стальных отливок приведено в табл. 79.

Влияние различных факторов на величину коэффициента μо приведено в табл. 80.

Характер зали- ваемой формы	Сопротивление формы
большое	среднее	малое
Сырая	0,25 (0,35)	0,32 (0,42)	0,42 (0,50)
Сухая	0,30 (0,41)	0,38 (0,48)	0,50 (0,70)

Значение коэффициента μо для стального литья

Таблица 79

Примечание. В скобках приведены значения для чугунного литья.

Фактор, влияющий на величину коэффициента μо	Изменение коэффициента μо, взятого из табл. 79
Повышенная температура заливки	до +0,05
наличие открытых выпоров и прибылей (в зависимости от отношения общей площади сечения выпоров и прибылей к общей площади сечения питателей)	от ±0,05 до ±0,30
Большие сечения стояка и шлакоуловителя по сравнению с сечением питателей (F ст/ F пит>2; F шл/ F пит>1,5)	от ±0,05 до ±0,20
Разветвленная литниковая система (большое число питате- лей)	от -0,05 до -0,10
Малая газопроницаемость формы (при отсутствии откры- тых выпоров и прибылей)	-0,05

Влияние различных факторов на величину коэффициента μо

Таблица 80

Примечание. Максимально возможное значение коэффициента не должно превы-

шать 0,80.

Расчетный (средний) металлостатический напор расплава определяется по формуле

Н Н Р

, (20)

р 2 с

где Р – высота отливки над питателем, м; с – высота отливки по положению в

форме, м.

Схема к расчету металлостатического напора расплава в форме (Н р)

приведена на рис. 188.

Рис. 188. Схема к расчету среднего металлостатического напора расплава в форме

В табл. 81 приведены соотношения между сечением элементов литни-

ковой системы.

Соотношение между сечениями литниковой системы

Таблица 81

Характеристика отливки	Рекомендуемые соотно- шения размеров	Характеристика лит- никовой системы
Мелкие и средние отливки из чугуна	1,0: 1,1: 1,2	Сужающаяся
Крупные отливки из серого чугуна	1,0: 1,2: 1,4	То же
Мелкие стальные отливки	1,0: 1,1: 1,2	««
Средние и крупные стальные отлив- ки	(1,0-1,5): 1,0: 1,0	Расширяющаяся
Отливки из алюминиевых сплавов	3,0: 2,0: 1,0	То же
Отливки из медных сплавов	1,0: (1,5-1,7): (0,75-1,0)	Комбинированная

Контрольные вопросы.

1. Из каких элементов состоит типичная литниковая система?

2. Как рассчитать оптимальную продолжительность заливки в форме?

3. Сформулируйте принципы выбора места подвода металла к полости формы?

4. Что такое узкое место литниковой системы?

5. Какой элемент играет роль узкого места при литье стали, чугуна?

6. Сформулируйте требования, предъявляемые к литниковой системе?

7. Что такое оптимальная продолжительность заливки?

8. Дайте характеристику тормозящих дождевых и дроссельных систем?

9. Опишите последовательность расчета литниковой системы при литье из поворотного ковша?

10.В чем состоят особенности расхода литниковых систем для отливок

из ковкого чугуна?

Дата добавления: 2014-01-07