Литниковая система, ее назначение и устройство. Элементы литниковых систем Строение литниковой системы

Литниковая система - система каналов и элементов литейной формы, обеспечивающих подвод расплавленного металла к полости формы, ее качественное заполнение и питание отливки при затвердевании. Ее основными элементами являются (рис. 3.45): литниковая чаша 7, стояк 2, шлакоуловитель 3, питатели 4 , выпор 5, прибыль, зумф 6.

Литниковая чаша - элемент литниковой системы для приема расплавленного металла из ковша и подачи его в форму. Кроме того, заполненная литниковая чаша при заливке препятствует проникновению в форму шлака, который легче металла, а потому всплывает и остается на поверхности литниковой чаши. При заливке из больших ковшей широкая струя металла может разрушить дно чаши и смытые куски смеси попадут в форму. Чтобы избежать размывания литниковой чаши, стенки ее делают из более прочной облицовочной смеси, а в дно заформовывают керамическую плитку.

Тип литниковой чаши зависит от необходимого объема металла в ней. Маленькие литниковые чаши удобно делать утопленными на поверхности формы (рис. 3.45, а), если между дном чаши и полостью формы 8 остается достаточный слой смеси. Если дно чаши расположено близко к полости формы, то металл, заливаемый в чашу, может продавить небольшой слой смеси и разрушить верх формы. В таких случаях литниковую чашу делают не в форме, а в отдельной небольшой рамке 7, поставленной на поверхность формы над стояком (рис. 3.45, б).

Стояк - элемент литниковой системы в виде вертикального или наклонного канала, служащий для подачи расплавленного металла из литниковой чаши к другим элементам системы или непосредственно в рабочую полость формы. Для удобства удаления модели из формы стояки делают коническими, расширяющимися кверху. В маленьких формах верхняя часть стояка заканчивается небольшой воронкой, выполняющей роль чаши (рис. 3.45, в). При заливке крупных форм во избежание размыва металлом дна стояка под ним (на поверхности разъема формы, в нижней опоке) делают углубление, называемое зумпфом (рис. 3.45, а, б).

Рис. 3.45. Элементы литниковой системы: 1 - литниковая чаша; 2 - стояк; 3 - шлакоуловитель; 4 - питатели; 5 - выпор; 6 - зумпф; 7 - рамка; 8 - полость формы

Шлакоуловитель - элемент литниковой системы для задерживания шлака, кусочков формовочной смеси и подвода расплавленного металла из стояка к питателям. Существуют несколько конструкций шлакоуловителей: трапецеидальные, зигзагообразные, шаровые, ступенчатые. В сырых формах для художественных отливок чаще всего используют шлакоуловители с трапецеидальным сечением. Частицы шлака, попадая с металлом в шлакоуловитель, расположенный выше питателей, всплывают и остаются в нем, не проникая в полость формы. В кусковых формах устройство шлакоуловителя, подающего расплавленный металл из стояка к питателям, не всегда представляется возможным. В этих случаях для подачи металла из стояка к питателям на поверхности разъема формы вырезают канал, называемый литниковым ходом.

Питатель - элемент литниковой системы для подвода расплавленного металла в полость литейной формы. Питатели чаще всего располагают в нижней полуформе под шлакоуловителем. Их не следует делать в том месте под шлакоуловителем, где в него входит стояк, так как возможно попадание шлака в форму. В формах толстостенных отливок питатели прорезают в виде каналов с треугольным сечением, в тонкостенных отливках - в виде широких трапецеидальных каналов (рис. 3.45, в). Толщина таких питателей не должна превышать толщину стенки отливки; в противном случае при обрубке литника будет выламываться стенка отливки.

Выпор - элемент литниковой системы для вывода газов из формы при заливке, контроля заполнения формы расплавленным металлом, питания отливки в момент ее затвердевания, смягчения удара струи металла в верхнюю стенку полости формы в конце заливки, слива холодного металла из верхней части полости формы.

Заливка, при которой часть холодного металла сливается из полости формы через выпор, носит название заливки с перепуском. При заливке формы с перепуском уровень металла в чаше должен быть несколько выше уровня металла в выпоре. В литейных формах, полость которых расположена в нижней опоке, выпор делают в виде стояка на противоположном от литниковой системы конце формы (рис. 3.46, а). Такой выпор называют отводным. Кроме того, он может быть питающим и сигнальным.

Рис. 3.46. Устройство выпора и прибыли: а - отводной выпор; б - выпор в верхней части формы; в - отливка без прибыли; г - отливка с прибылью

В формах, полости которых расположены в верхней опоке, выпор ставят в той части полости формы, которая расположена выше всех остальных (рис. 3.46, б). Если выпор поставлен в части формы, которая расположена ниже других, газы и шлак, всегда скапливающиеся в верхней части формы, могут не попасть в него, а потому останутся в форме, образуя газовые или шлаковые раковины.

Прибыль. Во время усадки металла в форме в стенках отливки могут образовываться усадочные раковины. Наиболее часто они возникают там, где металл долгое время остается в жидком состоянии, т. е. в толстых сечениях отливки (рис. 3.46, в). В тонких сечениях раковины образоваться не могут, потому что возникающая в процессе затвердевания усадка компенсируется металлом из соседних, более толстых сечений отливки, находящихся еще в жидком состоянии.

Таким образом, усадочные раковины располагаются в наиболее толстых частях отливки, которые затвердевают последними. Если во время затвердевания отливки в то место, где происходит образование усадочной раковины, своевременно добавлять жидкий металл - питать отливку, то усадочной раковины в ней не будет. Такой прием в производстве отливок используется как средство борьбы с усадочными раковинами.

Питание отливки в момент ее усадки осуществляется за счет жидкого металла элемента литниковой системы, устраиваемого в форме над той частью отливки, где возможно образование раковины. Такую полость в форме называют прибылью (рис. 3.46, г). Но такая прибыль может питать отливку лишь в том случае, если металл в ней в момент образования раковины в отливке еще жидкий и затвердевает после затвердевания питаемого узла. Следовательно, чтобы в прибыли сохранить металл в жидком состоянии, сечение и размеры ее должны быть больше размеров той части отливки, которую она питает. При таком условии усадочные раковины будут образовываться не в отливке, а в прибыли, которая впоследствии будет удалена. Прибыли могут быть закрытыми и открытыми. На рис. 3.46, г показана часть отливки трубы с фланцем и открытой прибылью.

Описанный выше способ устройства прибылей как средство борьбы с усадочными раковинами в отливках неэкономичен вследствие большого расхода металла и трудоемкости операции отрезки прибылей. Существуют более выгодные способы питания отливок с помощью прибылей с атмосферным и газовым давлением, позволяющие значительно уменьшить размеры прибылей. Принцип работы прибыли, действующей под атмосферным давлением, состоит в том, что в полость ее до заливки вставляют песчаный стерженек, через который вовнутрь передается атмосферное давление, способствующее подаче жидкого металла в питаемый узел.

В прибыль, действующую под газовым давлением, вставляется патрон с мелом. Разлагаясь при заливке, он выделяет газ и создает в прибыли повышенное давление. Толщина стенки патрона делается такой, чтобы она расплавилась после того, как на поверхности прибыли образовалась корка затвердевшего металла.

Применяемые при отливке крупных изделий открытые прибыли для уменьшения их размеров подогревают путем доливки металла, засыпки материалами, выделяющими теплоту (молотым шлаком, древесным углем, лункеритом). Обогрев открытых прибылей производится при помощи облицовки их экзотермическими смесями, в состав которых входят алюминиевый порошок, ферросилиций, железная окалина, шамотный порошок и огнеупорная глина. При химической реакции между составляющими смеси выделяется теплота, которая обогревает прибыль. Экзотермический обогрев прибыли позволяет уменьшить ее размеры на 8-9 %.

Прибыли делают прямыми и отводными. Отводные прибыли применяют для питания местных термических узлов и нескольких небольших отливок. В отличие от прямых их располагают сбоку от питаемого узла и соединяют с ним массивной шейкой.

Каждый из элементов литниковой системы имеет свое назначение, а потому неправильное изготовление его может стать причиной брака в отливке. Поэтому при серийном производстве отливок выгоднее применять заранее изготовленные модели литниковой системы, имеющие расчетную площадь сечения и правильный профиль.

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.

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.

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.

Вам также могут быть интересны статьи:

Виды литья металлов и сплавов

Одним их важнейших условий получения качественной отливки является правильное устройство литниковой системы. Литниковая система служит для плавного подвода жидкого сплава в полость литейной формы и питания отливок в процессе кристаллизации. Место подвода сплава к отливке во многом определяет ее плотность, внешний вид и образование различных литейных пороков. Выбор литниковой системы, обеспечивающей получение отливок хорошего качества, является наиболее сложной частью литейной технологии. Поэтому формовщик, мастер и технолог при выборе литниковой системы должны учитывать особенности литейной технологии.

Правильно построенная литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям: 1) обеспечивать хорошее заполнение формы металлом и питание отливки в процессе ее затвердевания; 2) способствовать получению отливки с точными размерами, без поверхностных дефектов (засоров, ужимин, шлаковых включений и др.); 3) способствовать направленному затвердеванию отливки; 4) расход металла на литниковую систему должен быть минимальным.

Литниковая воронка для мелких отливок и литниковая чаша-резервуар для крупных отливок предназначены для приема струи металла, вытекающего из ковша, и задержания шлака, попадающего вместе с металлом в чашу. При полной до краев чаше в стояк поступает чистый металл, а легкий шлак находится наверху. Кроме того, обеспечивается непрерывная подача металла в форму при одном и том же напоре. Для задержания шлака отверстия стояков иногда закрывают чугунными пробками, тонкими жестяными пластинками. Пробки открывают после того, как вся чаша заполнится металлом, пластинки же расплавляются горячим металлом. Форму необходимо заполнять металлом по возможности быстро, при этом металл должен иметь достаточную температуру.

Во время заливки металла литниковая чаша обязательно должна быть полной. При недостаточно большой глубине металла в чаше образуется воронка, через которую воздух и шлак, плавающий на поверхности металла, могут попасть в стояк и затем в отливку. Для мелких отливок, особенно в условиях массового производства, шлак в чаше задерживают фильтровальными сетками, которые изготовляют из стержневой смеси.

Стояк - вертикальный канал, передающий металл их воронки к другим элементам литниковой системы. Его выполняют несколько суживающимся книзу для удобства формовки и обеспечения гидравлического напора в литниковой системе. Конусность стояка 2-4%. При изготовлении крупных отливок стояк и другие элементы литниковой системы часто выполняют из стандартных шамотных трубок-кирпичей.

Шлакоуловитель служит для задержания шлака и передачи из стояка металла, свободного от шлака, к питателям; располагается в горизонтальной плоскости. Обычно шлакоуловитель выполняют в верхней полуформе, а питатели - в нижней. Поперечное сечение шлакоуловителей делают трапецеидальным. В процессе заполнения формы металлом для лучшего задержания шлака шлакоуловитель должен быль обязательно заполнен металлом. Это обеспечивается соответствующим соотношением сечений стояка, шлакоуловителя и питателя. Если расход металла через стояк больше расхода через питатели, то шлакоуловитель заполняется металлом и шлак, всплывая, задерживается в нем. Если расход через стояк меньше расхода через питатели, то шлакоуловитель будет незаполненным и шлак попадает в отливку. Таким образом, для задержания шлака сечение стояка должно быть больше сечения шлакоуловителя, а сечение шлакоуловителя больше суммарного сечения питателей. Такую литниковую систему называют запертой.

Питатели (литники) - это каналы для подачи жидкого металла непосредственно в полость формы. Сечение питателей должно быть такой конфигурации, чтобы металл плавно поступал в полость формы, мало охлаждался на пути от шлакоуловителя к отливке, а после затвердевания ее питатели легко отламывались от отливки. Практикой установлено, что наилучшая конфигурация поперечного сечения питателей - трапеция с переходом в широкий прямоугольник в месте сопряжения с отливкой. Для лучшего отделения питателей от отливок, в случае если толщина ее тела меньше полуторной высоты питателя в месте его подвода к отливке, на питателях на расстоянии 2-2,5 мм от отливки делают пережим.

Выпоры служат для вывода газов из полости формы и для питания отливки. Они же уменьшают динамическое давление металла на форму и сигнализируют о конце заливки. В зависимости от величины формы ставят один или несколько выпоров. Сечение выпора в основании обычно составляет 1/2 -1/4 сечения стенки отливки. Выше основания сечение выпора увеличивается.

К числу элементов литниковой системы, обеспечивающих питание отливки жидким металлом в процессе ее затвердевания, относятся питающие выпоры и прибыли.

Прибыли и питающие выпоры применяют для отливок из белого низкоуглеродистого, высокопрочного чугуна, а также для толстостенных отливок из серого чугуна. Они служат для питания утолщенных мест отливки, застывающих последними. Прибыли располагают так, чтобы металл в них застывал последним. Толщина прибыли должна быть больше толщины того места отливки, над которым ее ставят. Прибыли больших размеров экономически невыгодны, так как увеличиваются расход металла на прибыли и себестоимость обливок.

При конструировании прибылей необходимо руководствоваться следующими правилами:

Прибыль должна затвердевать позже питаемого узла отливки.

Размеры прибыли должны быть достаточными, чтобы компенсировать усадку отливок.

Высота прибыли должна быть такой, чтобы вся усадочная раковина разместилась выше шейки прибыли - места соединения с отливкой. Шейка должна быть возможно короткой и так же, как прибыль застывать после отливки. Если отливка имеет несколько утолщенных мест, разделенных тонкими стенками, то у каждого утолщения необходимо ставить отдельную прибыль.

Наиболее часто прибыли применяют при изготовлении отливок из стали и цветных сплавов.

литейная форма втулка стержневой

Типы литниковых систем

К атегория:

Литейное производство

Типы литниковых систем

Литниковой системой называют совокупность каналов и резервуаров, по которым жидкий металл из ковша поступает в полость литейной формы. Литниковая система оказывает существенное влияние на качество отливок; неправильно сконструированная или неправильно рассчитанная она может явиться причиной брака отливок.

Основными элементами литниковой системы являются следующие.

Литниковая воронка или чаша - резервуар, предназначенный для приема жидкого металла из ковша, частичного удержания шлака (в чаше) и передачи металла в стояк.

Стояк - вертикальный (иногда наклонный) канал круглого, овального или иного сечения, предназначенный для передачи металла из чаши (воронки) к другим элементам литниковой системы (шлакоуловителю, питателям).

Рис. 1. Элементы литниковой системы

Литниковый ход, называемый «шлакоуловителем» для чугунного литья и коллектором для цветного, - это горизонтальный канал предназначенный для удержания шлака и передачи металла стояка к питателям.

Питатели (литники) - каналы, предназначенные для передачи металла непосредственно в полость формы.

Рис. 2. Типы литниковых систем: 1 - чаша (воронка); 2 - стояк; 3 - литниковый ход; 4 - питатель; 5 - выпор; 6 - отливка

Литниковые системы делят на пять основных типов:
1. Верхняя литниковая система (рис. 2, а). Питатели подводят либо в верхнюю часть отливки, либо в прибыль или под прибыль.
2. Нижняя или сифонная литниковая система (рис. 2, б). Питатели подводят в нижнюю часть отливки.
3. Боковая литниковая система (рис. 2, в). Питатели подводят по разъему формы.
4. Ярусная (этажная) литниковая система (рис. 2, г). Питатели подводят к отливке на нескольких уровнях. Разновидностью ярусной литниковой системы является вертикально-щелевая (рис. 2, д).
5. Дождевая литниковая система.

Гип литниковой системы выбирают в зависимости от вида металла, конструкции отливки, положения ее при заливке и т. д.

Всегда стремятся к тому, чтобы при обеспечении необходимого качества отливки расход металла на литниковую систему был наименьшим. При соблюдении указанного условия повышается выход годного литья (отношение расхода металла на отливку к общему расходу металла с учетом литниковой системы и прибылей).

Верхняя литниковая система наиболее проста по конструкции, легко выполнима, требует незначительного расхода на нее металла. Она создает наиболее благоприятные условия для питания отливки, т.е. создает нужное для направленной кристаллизации распределение температур - повышение температур от нижней части отливки к верхней.

Однако верхняя литниковая система имеет существенный недостаток, а именно, при падении струи металла с большой высоты размывается форма, образуются засоры; металл окисляется, разбрызгивается, в нем увеличивается количество неметаллических включений. К тому же верхняя литниковая система не обеспечивает задержание шлака. Поэтому ее применяют для низких отливок небольшой массы, простой конфигурации, с малой и средней толщиной стенок.

Нижняя (сифонная) литниковая система обеспечивает спокойное заполнение формы, устраняет опасность размывания стенок и образования засоров. Однако нижний подвод металла создает неблагоприятное распределение температур по объему металла отливки (так как горячий металл поступает снизу), способствует развитию местных разогревом и внутренних напряжений.

Сифонная литниковая система сложна в изготовлении и требует повышенного расхода металла, применяется обычно для отливок средней и большой массы значительной высоты, с большой толщиной стенок.

Подвод металла по разъему является одним из самых распространенных способов заливки форм различных отливок, особенно отливок, плоскость симметрии которых совпадает с плоскостью разъема формы.

Боковая литниковая система, уменьшая (по сравнению с верхней) высоту падения металла и возможность разрушения формы, вместе с тем ухудшает условия кристаллизации и увеличивает расход металла. Она применяется для отливок небольшой высоты, средней массы, больших размеров; широко используется при машинном способе изготовления форм.

Ярусная литниковая система применяется для крупных, тяжелых отливок. Она обеспечивает лучшее питание отливки, чем сифонная литниковая система. Ярусы системы должны подавать металл в полость формы последовательно, снизу вверх. Ярусная литниковая система наиболее сложна в выполнении и требует наибольшего расхода металла. Вертикально-щелевая литниковая система, обеспечивающая спокойное заполнение формы при сохранении направленности затвердевания, используется для литья цветных сплавов.

Дождевая литниковая система применяется в основном для отливок цилиндрической формы. Металл из стояка попадает в кольцевой коллектор, из которого через питатели, расположенные по окружности на равном расстоянии друг от друга, тонкими струйками равномерно заполняет расположенную ниже полость формы. Металл при этом не должен разбрызгиваться, так как капли металла быстро затвердевают, окисляются и не свариваются с основным металлом, образуя дефекты в отливках, называемые королевами,

Помимо выбора типа литниковои системы, большое значение имеет выбор места подвода питателей к отливке. В зависимости от свойств сплава, конструкции отливки (габаритных размеров, толщины стенки) при подводе металла стремятся обеспечить либо направленное затвердевание, либо одновременное равномерное охлаждение различных частей отливки.

Для отливок с толстыми стенками, массивными узлами, склонных к образованию усадочных раковин, необходимо создавать условия направленной кристаллизации. Это достигается не только соответствующим расположением отливки в форме, когда более массивные части располагаются над тонкими, но и соответствующим подводом металла к наиболее массивным частям отливки. Такой подвод металла усиливает эффект направленного затвердевания. Поэтому сталь, имеющая большую усадку и пониженную жидкотекучесть, подводится в толстое сечение под прибыли с тем, чтобы разогреть форму около прибыли и улучшить питание затвердевающей отливки. Также поступают при изготовлении отливок из специальных бронз, латуней, некоторых алюминиевых сплавов. Иногда сталь заливают непосредственно через прибыли.

Однако, если вследствие чрезмерно большой разницы в скоростях охлаждения отдельных частей отливки возникает опасность появления напряжений и трещин, то для ослабления разницы в скоростях охлаждения металл подводят в менее массивные части отливки.

Одновременное и равномерное затвердевание и охлаждение отливки достигается подводом металла в тонкие части отливки и соответствующим расположением питателей, обеспечивающим симметричное и равномерное заполнение формы. При этом уменьшается опасность образования внутренних напряжений, коробления и трещин. Подобный подвод металла применяют при изготовлении отливок большой протяженности со стенками различной толщины.

Сужающиеся литниковые системы лучше улавливают шлак, уменьшают инжекцию воздуха, увеличивают линейную скорость прохождения металла через каналы литниковой системы. Их применяют при литье сплавов, не склонных к окислению, образующих непрочные окисные пленки.

Расширяющиеся литниковые системы уменьшают скорость движения металла, обеспечивают спокойное заполнение полости формы без окисления металла. Их применяют при литье сплавов, склонных к окислению, образующих прочные окисные пленки.

Литниковая система - это система каналов, через которые расплавленный металл подводят в полость формы. Литниковая система должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержание шлака и других неметаллических включений, выход паров и газов из полости формы, непрерывную подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке.

По гидродинамическому признаку выделяют сужающиеся и расширяющиеся литниковые системы.

Для сужающихся литниковых систем характерно последовательное уменьшение площадей поперечных сечений стояка, шлакоуловителя и питателей F ст >F шл >F пит. Такая литниковая система обеспечивает быстрое заполнение расплавом всей системы и лучшее улавливание шлака. Однако в полость литейной формы расплав поступает с высокой линейной скоростью, что может приводить к разбрызгиванию и окислению расплава, захвату воздуха и размыву формы. Такие литниковые системы используются при изготовлении чугунных отливок.

В расширяющихся литниковых системах узким местом является нижнее сечение стояка: F ст

В зависимости от конфигурации и толщины стенок отливок 5, состава заливаемого сплава и направления течения его в полость формы подразделяют на боковые (рис.4,а), нижние (рис.4,б) и верхние (рис.4,в).

Рис. 4. Способы подвода расплавленного металла в полость литейной формы

Для боковой литниковой системы (рис.4,а) характерным является то, что питатели и шлакоуловители располагаются в горизонтальной плоскости разъема формы, что удобно в отношении формовки.

В нижних литниковых системах (рис.4,б) расплав поступает снизу под затопленный уровень без разбрызгивания, окисления и вспенивания, что очень важно при изготовлении отливок из легкоокисляющихся пленообразующих сплавов (алюминиевых, магниевых и других).

В верхних литниковых системах (рис.4,в) в течение всей заливки обеспечивается горячее зеркало расплава, что способствует направленному снизу вверх затвердеванию. Такие литниковые системы используются при изготовлении чугунных и стальных отливок.

Основными элементами литниковых систем являются следующие (рис.4).

Литниковая чаша (воронка) 4 предназначена для приема струи расплава, вытекающей из разливочного ковша, и задержания шлака, попадающего вместе с расплавом в чашу.

Стояк 3 - вертикальный канал, передающий расплав из литниковой чаши к другим элементам литниковой системы.

Шлакоуловитель 2, расположенный горизонтально и, как правило, в верхней полуформе, служит для задержания шлака и передачи расплава из стояка к питателям.

Питатели 1 - каналы, предназначенные для подачи расплава непосредственно в полость литейной формы. Питатели должны обеспечивать плавное поступление расплава в полость формы. Обычно питатели располагают в нижней полуформе.

Выпор 6 служит для отвода газов из полости формы, сигнализирует об окончании заливки, уменьшает динамическое давление расплава на форму, способствует питанию отливки расплавом при затвердевании.

Коллектор 7 - распределительный канал для направления расплава к различным частям отливки. Его располагают горизонтально по разъему формы. Он всегда должен быть заполнен расплавленным металлом.

Сечения элементов литниковой системы выбирают на основе приближенного расчета, который позволяет установить соотношение между ними (обычно между стояком, шлакоуловителем и питателями).