Производство отливок позволяет значительно сократить трудозатраты на обработку деталей, снятие лишнего материала. Литниковая система служит для транспортировки расплава с ковша в форму. Она равномерно заполняет пустоты, гарантирует кристаллизацию металла без образования напряжений. Литниковая система представляет собой сложную конструкцию каналов, регулирующих скорость движения и давление расплава. Она своей конфигурацией способствует всплыванию шлака в прибыль.
При извлечении отливки из формовочной смеси, ЛС выглядит грубо. Создается впечатление лишнего металла вокруг детали. На самом деле через детали литниковой питающей системы в процессе заливки выводится воздух и отделяется шлак, подпитывается металлом усадка при охлаждении. ЛПС регулирует давление для заполнения всех элементов заготовки. В результате правильного расчета, структура полученной отливки плотная и равномерная по всему сечению.
Содержание
- Назначение системы
- Основные элементы
- Типы систем
- По способу подвода
- Верхняя
- Нижняя
- Боковая
- Ярусная
- Комбинированная
- По гидродинамическому признаку
- Сужающиеся
- Расширяющиеся
- Вам также могут быть интересны статьи:
- По способу подвода
Назначение системы
Транспортировка жидкого расплава без разрушения стенок, равномерное заполнение полости формы с постоянной скоростью считают назначением литниковой системы. Одновременно лабиринт ходов из стояков, питателей и прибылей:
- отделяет шлак от металла;
- не пропускает и отделяет воздух;
- выводит скопившиеся газы;
- регулирует кристаллизацию;
- питает форму при остывании.
Форма деталей литниковой системы препятствуют контакту поверхности остывающей отливки с воздухом, обеспечивает равномерное охлаждение без переходных зон и мест быстрой кристаллизации.
Литейное производство включает в себя создание контуров изготавливаемых деталей с необходимыми технологическими уклонами и допусками на обработку. После этого в прессформах делается система питания – ЛПС. Она рассчитывается с учетом равномерного заполнения всей пустоты исходя из формы будущей детали и толщины ее стенок.
Расположение и тип литниковой системы подбирается исходя из конфигурации заготовки, ее размеров. Металл должен заполнить все пространство равномерно, с одинаковой скоростью, не разрушив внутренние стенки прессформы.
Основные элементы
Литниковая система представляет собой сложную конструкцию с несколькими элементами. Каждая деталь выполняет свою роль и убрать ее невозможно.
К элементам литниковой системы относятся:
- наружный конус;
- вертикальный конический стояк;
- питатель;
- литник.
Жидкий металл попадает с ковша в чашу – конусообразную перевернутую воронку. В широкую наружную часть конуса попасть струей жидкого металла проще, чем в узкий канал. Одновременно воздух, сопровождающий струю, выдавливается вверх и внутрь не попадает. Литниковая чаша применяется во всех конструкциях заливных систем. Размер конуса выбирается по размерам отливки, ее весу. Наружным конусом регулируется скорость движения расплава по литниковой системе и время заливки.
Тяжелая жидкость устремляется вниз по узкому стояку, уменьшая скорость движения. Независимо от направления конуса, сечение стояка значительно меньше, чем воронки.
Под стояком имеется небольшое конусное расширение и углубление – зумпф, предотвращающий разбрызгивание. В нем собирается жидкий металл и гасит энергию струи по аналогии водоема под водопадом. Если струя будет падать на твердую поверхность формы, то она ее разобьет. Мелкие брызги быстро застынут, образовав раковины и несплошности в общей массе материала.
С зумпфа жидкость течет снизу вверх, перетекая в литниковый ход и подталкивая шлаки к всплытию. Это позволяет сократить длину ходов, рационально использовать металл.
Литниковые хода всегда делаются в плоскости разъема. Они имеют трапецеидальное сечение и делят общий поток на несколько, распределяя его по питателям равномерно, по всей длине.
В ЛПС питатели последние из ее элементов. Они распределены по всей площади разъема и равномерно заполняют пустоту будущей отливки.
Кроме питательной системы в верней части детали устанавливаются: прибыль и выпор. Первая служит для скопления шлака и подпитки усадки. При охлаждении деталь уменьшается в размерах, проседает, и металл с прибыли восполняет уровень. Количество прибылей зависит от конфигурации и площади отливки. Например, заливается маховик. Его ось располагают вертикально. Над ступицей устанавливают одну прибыль, если деталь до 0,5 тонны. При больших размерах конусы для шлака делаются и по ободу.
Через расположенный в верхней части формы выпор наружу выходят газы, которые все же попали внутрь формы и поднялись вверх. Допускается совмещать выпор с центральной прибылью.
После полного охлаждения, деталь выбивают из формы, и производится обрубка – автогеном или отбойным молотком обрезаются все питатели и прибыля. Длина оставшегося участка зависит от марки стали. У высоколегированных сталей он составляет 80–150 мм и окончательно удаляется механообработкой после отжига. Высоколегированные стали и чугун отжигаются вместе с литниковой системой или только прибылями, только после этого производится обрубка. Термообработка делается сразу, после извлечения отливки из смеси, для снятия напряжений и уменьшения твердости.
Методы расчета литниковой системы основаны на быстроте полного заполнения формы. Они определяют в первую очередь сечение питателей, их количество. В основе расчетов гидравлические формулы и высота стояков, создающих давление. Для чугуна и сталей разных сортов соотношение площадей питателей, прибылей и стояков разная, основана на жидкотекучести материала, толщины стенок. Кроме этого в формулу вводят поправочный коэффициент, значение которого зависит от веса отливки.
Типы систем
Тип ЛПС определяется как оптимальный вариант между быстрым и равномерным заполнением формы и минимальными потерями металла в каналах. Используют различные виды систем.
Во многом конструкция зависит от марки материала. Для небольших деталей из цветных металлов и чугуна до 20 кг, производится литье в прессформу под давлением. Принцип ее заключается в заполнении первой части формы жидким металлом, затем быстрое, под высоким давлением, запрессовывание расплава во вторую половину, представляющую собой непосредственно форму детали. Быстрая кристаллизация с помощью системы охлаждения и через несколько секунд отливка извлекается.
Высокая стоимость прессформы до $100 000 и срок изготовления 2–3 месяца делают единичные отливки сказочно дорогими. Рентабельно использовать прессформы под давлением с их производительностью 10–50 отливок в час, в массовом производстве.
Разрушающий метод – литье алюминия в песок по выплавляемым моделям, позволяет выплавлять сложные по конфигурации изделия.
Особенность заключается в создании из воска или другого легкоплавкого материала точной копии детали и помещение ее в песок с одним питательным каналом. Заливка производится вертикально, без потерь на металл в ЛПС. Отличается большим количеством выпоров, через которые выходит газ от сгоревшей модели.
Для изделий из стали и чугуна, весом более 50 кг, в основном используется горизонтальная литниковая система, более удобная конструкция для совмещения с разъемами. Вертикальная конструкция питателей подходит для цветных сплавов и металлов с высокой температурой плавления, которые заливаются. На типы литниковых систем и расчеты влияют характеристики детали:
- масса;
- соотношение длины и ширины;
- толщина стенок;
- сложность конфигурации.
Типы литниковых конструкций различают по направлению заливки: вертикальные для низких деталей с большой площадью, и горизонтальные, если высота отливки больше ширины.
По способу подвода
В ЛПС могут подаваться расплавы на разных уровнях:
- сверху;
- сбоку;
- снизу;
- вертикально по высоте;
- комбинированно в несколько линий.
По способу расположения питателей различают типы ЛПС.
Верхняя
При верхней системе питатели стоят на одном уровне с литниками. Используется такой способ чаще всего для получения тонкостенных отливок из чугуна. Металл заливается сверху. При сложной конфигурации перетекает по нижним перемычкам на другую от чаши и стояка сторону формы. Чтобы заполнение осуществлялось быстро, при тонких перемычках со стороны стояка делается утолщение в форме. При обработке на станке оно удаляется.
Верхняя система литников наиболее простая в исполнении, характеризуется быстрым прямым заполнением формы металлом. Она приводит к равномерной кристаллизации и минимальным расходом материала для заполнения подводящих каналов. При выбивке отливка легко освобождается от формовочной смеси.
Характерным недостатком является каскадный сброс жидкого металла. Это приводит к захвату воздуха и перемешиванию металла со шлаком. В результате активного течения образуется пена. Шлак задерживается в коллекторе, не выходя в литник. Расплав падает в форму с большой высоты и зумпф не спасает от разрушения стенок, дна формы и стержней горячей струей. Образуются брызги.
Недостатки верхней литниковой системы устраняются кантовкой или наклоном формы. Применяется заливка сверху для деталей высотой менее 100 мм.
Для тонкостенных полых деталей применяется дождевая система – разновидность верхней. Питатели устанавливаются по периметру сверху и равномерно заполняют отливку. Кристаллизация происходит снизу вверх, усадка материала компенсируется непосредственно из питателей. Дождевую систему при заливке массивных деталей совмещают с литниками.
Нижняя
Расплавленный металл подается питателями в нижнюю часть формы. Давление создается за счет высоко расположенной чаши и длинных стояков с обратным конусом – заужены к низу. Заполнение формы снизу происходит равномерно, без окисления и вспенивания. Неметаллические включения задерживаются, не попадая в основной металл. Поступая снизу, по литниковым каналам, расплав вытесняет в прибыля воздух, газы, шлак.
Недостаток литниковой конструкции в перегреве нижней части формы и большой усадке при кристаллизации. Особенно заметно это на цветных металлах, их сплавах, чугуне. Усадочные раковины могут опускаться в основное тело детали. в высоколегированных сталях образуются переходные зоны напряжений при перегреве нижней части и быстром охлаждении верхней.
В расчет литниковой системы для алюминия с его высокой теплопроводностью, входит система охлаждения и дополнительный металл для компенсации усадки, увеличенная высота литников и питателей.
Боковая
Удобная в выполнении литниковая система. Ее детали большей частью расположены в плоскости разъема. Расплав заполняет снизу верхнюю часть отливки и сверху перетекает вниз. Стенки не разрушаются, пена не образуется. Заполнение происходит плавно, спокойно по всей ширине пустоты.
Разновидностью боковой заливки является вертикально-щелевая литниковая система, используемая для изготовления деталей большой высоты. В ней питатели расположены сбоку, вдоль оси детали вертикально. Система подходит для отливки с переменным сечением, тонкими стенками и резкими переходами. Расплав вводится спокойно, хорошо заполняет форму. Шлаки и частицы песчаной смеси отделяются в коллекторе. Процесс кристаллизации протекает равномерно, снизу вверх.
Слабым местом вертикально-щелевой конструкции является вспенивание горячей жидкости в начальный момент заливки. В местах рядом с питателями может возникнуть перегрев и усадка металла. Вертикально-щелевую литниковую систему сложно выполнять, выбивать из формы и удалять.
Ярусная
Большие детали заполняются одновременно двумя и больше линиями питателей. Их располагают горизонтально или вертикально в плоскости разъема, увеличив количество секций формы. Металл течет в форму снизу и сверху, равномерно заполняя большой объем. Процесс кристаллизации происходит по всему объему.
Если расположена горизонтально система ярусная, расчет производится с поправочными коэффициентами, учитывающими более быстрое заполнение пустоты через нижние литниковые питатели с большим давлением. Выравнивание скорости движения расплава производится уменьшением сечения нижних питателей.
При ярусной литниковой системе заливки происходит равномерное поступление металла в разных плоскостях. Уменьшается риск создания переходных зон при кристаллизации. Усадка происходит медленно, с восполнением пустот расплавом.
Для высоких деталей питатели располагают в 2 линии вертикально. Металл подается через стояки снизу. Заполнение равномерное и спокойное, без захвата воздуха. Газы и шлак поднимаются вместе с основным металлом вверх, заполняя прибыля.
Комбинированная
Соединение в одну конструкцию нескольких типов литниковых конструкций позволяет компенсировать недостатки одних достоинствами других. Такие системы создаются при отливе деталей с большой массой и сложной конфигурацией в песчаные формы. Если деталь имеет поперечное сечение по краям больше, чем в середине, питатели подводятся к линиям наибольших размеров. В результате происходит заполнение наибольших по массе элементов. Затем заливается середина. Кристаллизация начинается по периметру одновременно во всех частях отливки.
Сложные конфигурации требуют одновременного поступления расплава во все элементы, соединенные тонкими перегородками. Комбинирование литниковых конструкций позволяет поступать металлу одновременно во все места.
Расплав подается в комбинированных системах по стояку вниз и по литниковым ходам поднимается вверх. Происходит плавное наполнение полости из нескольких точек.
По гидродинамическому признаку
Процесс кристаллизации и выделение шлаков зависит от скорости заполнения отливки жидким расплавом. Ее регулируют через скорость заливки размер сечения элементов литниковой системы. Горячий металл должен заполнить форму полностью до начала процесса кристаллизации. Одновременно нельзя заливать слишком быстро, чтобы не допустить перегрев стенок в месте поступления расплава из литниковых питателей. В основе расчета гидродинамические формулы ламинарного течения густой жидкости и «диаграмма состояния железо-углерод» в зависимости от температуры.
Сужающиеся
В сужающихся литниковых системах конусы направлены узким концом в сторону полости в форме. Металл на каждом элементе увеличивает свою скорость движения и давление. Расчет литниковой системы определяет оптимальное сечения питателей. Большая скорость движения расплава приводит к быстрому заполнению всех элементов с малым сечением и отделению шлака.
Падение с большим напором металла приводит к размыву стенок и разбрызгиванию. При этом жидкий металл захватывает воздух, окисляется.
Сужающиеся системы применимы для материалов с высокой жидкотекучестью и малой теплоотдачей.
Они должны заполнить все полости. Газы и шлак поднимаются вверх до образования затвердевшей корки на поверхности.
Сужающиеся системы применяют в основном при отливке деталей больших размеров и чугунных чушек.
Расширяющиеся
В расширяющихся литниковых системах конусы всех элементов расширяются по ходу движения расплава. Металл вливается в полость формы спокойно, без разбрызгивания и окисления. Применяются расширяющиеся питатели для стальных отливок всех размеров, при литье алюминия, бронзы, цветных сплавов.
Чем меньше деталь по весу, тем проще литниковая система. Для больших отливок с большим количеством переходов устанавливают ярусные и комбинированные системы литниковых ходов. Конструкцию упрощают совмещением ее элементов. Например, выпор и прибыль, заливка через шлакосборники.
Источник: