2.3. Литниковые системы

Назначение литниковой системы – обеспечить плавный безударный подвод металла в форму, регулировать термофизические явления в форме для получения качественной отливки и предохранить форму от попадания в нее шлаковых включений. Элементами нормальной литниковой системы являются литниковая чаша 1, стояк 2, шлакоуловитель 3, питатели 4, подводящие металл непосредственно к отливке (рис.8). Вся литниковая система при заливке должна быть заполнена жидким металлом во избежание засасывания в форму шлаков и атмосферного воздуха.

При получении отливок из стали, ковкого чугуна и некоторых сплавов цветных металлов с относительно большой усадкой литниковая система питает их жидким металлом в процессе затвердевания.

Между площадями поперечных сечений всех каналов литниковой системы существует определенное соотношение, при котором каждый последующий элемент, начиная с воронки, имеет меньшее сечение, чем предыдущий. В производстве отливок при подборе сечения элементов литниковой системы следует руководствоваться следующим правилом: F_стояка>F_{шлакоулавителя}>F_{питателей}. Для чугунных отливок массой до 1 тF_{питателей}:F_{шлакоулавителя}:F_стояка=1:1,1:1,15; для чугунных отливок массой более 1 т соотношение площадей1:1,2:1,4;для стального литья–1:1,4:1,6.При этом суммарная площадь поперечных сечений питателей определяется по следующей зависимости:

,

где Q– масса отливки и прибыли, кг;– плотность материала отливки, кг/м³;= 0,4-0,6 – коэффициент истечения;= 4-9 с – время заливки формы (для мелких отливок);g= 9,81 м/с²– ускорение свободного падения;Н– средний напор (высота столба жидкого металла в литейной форме, измеряется от верхнего края воронки до центра масс отливки), м.

Иными словами, литниковая система является запертой и создает условия, при которых через воронку не проходит шлак и не засасывается воздух потому, что она постоянно заполнена металлом и сужающийся вниз стояк сдерживает напор. В то же время литники (питатели) не в состоянии пропустить через себя весь металл, идущий из стояка, пленка шлака на поверхности металла поднимается к верху шлакоуловителя, и в отливку через литники идет только чистый металл.

Для вывода из формы воздуха, а также для наблюдения за заполнением формы металлом на верхних частях отливок устанавливают вертикальные каналы (выпоры). При литье из стали, алюминиевых сплавов и некоторых сортов бронз, отличающихся большой усадкой, выпоры заменяют прибылями. Основным их назначением является питание отливки жидким металлом в процессе ее кристаллизации для предотвращения образования усадочных раковин в местах отливок, затвердевающих последними. Обычная закрытая или открытая прибыль может действовать только в том случае, если она расположена выше отливки. Объем металла в прибыли долженобеспечивать необходимое гидростатическое давление на металл отливки.

2.4. Способы формовки

Ручную формовкув основном применяют для получения отдельных малых и крупных сложных по конфигурации отливок.

Открытую почвенную формовкуосуществляют для неответственных отливок с плоской поверхностью, например плит, к которым не предъявляют высокие требования по внешнему виду и по качеству поверхности. Такую формовку можно осуществить по мягкой постели и по твердой постели.

При формовке по мягкой постели (рис.9) в земляном полу цеха роется яма глубиной 150-200 мм и в ней готовится мягкая постель из рыхлой наполнительной смеси, поверх нее кладется слой облицовочной смеси толщиной 10-15 мм. После выравнивания гладилкой и проверки по ватерпасу 3 горизонтальности поверхности постели в нее руками вдавливают модель 4. Для этого на поверхность смеси кладут модель и осаживают ударами молота через дощечку, затем смесь вокруг модели уплотняют трамбовкой, срезают излишки смеси, вырезают слева литниковую чашу 1 и канал 2 для заполнения формы металлом, а справа – сливной канал 5 для спуска излишка металла. Для отвода газов из формы производят проколку душниками каналов 6. После этого осторожно примачивают края формы у модели и извлекают ее. Если обнаруживаются дефекты, их исправляют, поверхность формы покрывают припылом и заливают металлом.

При большой массе отливки используется твердая постель (рис.10), для этого выкапывают яму глубиной на 300-500 мм больше высоты модели, на дно кладут слой горелого кокса толщиной 100 мм, с боков наклонно ставят две трубы для вывода газов и производят набивку смеси.

Первые несколько слоев по 50-70 мм плотно набивают трамбовками, следующие слои набивают слабее, а последние 100-120 мм оставляют без уплотнения, слегка выровняв поверхность гладилкой. В подготовленной постели делают частые наколы душником до коксового слоя и покрывают поверхность слоем облицовочной смеси толщиной 15-20 мм. На эту смесь осаждают модель в зависимости от конструкции – половину, если она разъемная, или всю, если она неразъемная. После этого проверяют плотность набивки смеси вокруг модели и подбивают в случае обнаружения слабых мест, а затем всю поверхность вокруг полумодели заглаживают и посыпают сухим мелким песком, чтобы устранить слипание с верхней полуформой.

При изготовлении верхней полуформы сначала на нижнюю половину модели точно по шипам ставят верхнюю половину, затем размещают модели стояка и выпоров. После этого модель обкладывают облицовочной смесью и набивают весь объем наполнительной смесью, а потом делают наколы душником для вывода газа. Положение опоки по отношению к нижней части формы фиксируют забивкой по всем четырем углам колышков.

Затем снимают опоку, ставят ее на пол, предварительно повернув на 180. Осторожно вынимают обе половины модели, заглаживают поврежденные места, покрывают полости полуформ припылом, в нижнюю полуформу устанавливают стержень, опочную полуформу накладывают на почвенную точно по границам забитых колышков, ставят на место литниковую чашу и загружают на верхнюю поверхность формы грузы, чтобы предотвратить опасность поднятия ее заливаемым металлом, во избежание ожогов около места заливки формы.

Формовка в опокахнаиболее широко применяется в литейных цехах. В зависимости от конструкций моделей, условий и характера производства она имеет много разновидностей. Рассмотрим наиболее типичные из них.

Нарис.11показана формовка по разъемной модели. Отливаемая деталь (рис.11, а) формуется по модели со знаками для стержня, образующего полость в отливке (рис.11,б). На щиток 1 (рис.11,в) сначала устанавливают половину модели 2, а затем опоку 4, модель припыливают тонким слоем припыла и обкладывают облицовочной смесью, а затем всю опоку набивают наполнительной смесью. После этого с верхней стороны снимают излишек смеси и производят наколы газоотводных каналов 3. Затем полуформу поворачивают на 180° и ставят на щиток (рис.11,г).

Поверхность разъема присыпают разделительным песком. На нижнюю половину модели накладывают верхнюю 5, строго центрируя ее по шипам, затем ставят опоку 6, модели стояка 7 и выпоров 8 и набивают их в том же порядке, как и нижнюю полуформу. Затем заглаживают верхнюю поверхность, накалывают каналы, оформляют очертания литниковой чаши и извлекают модели стояка 7 и выпоров 8. Потом снимают и поворачивают на 180° верхнюю полуформу.

Из обеих полуформ извлекают модели, заглаживают поврежденные места, присыпают припылом, устанавливают стержень в нижнюю полуформу, накрывают ее верхней полуформой и скрепляют или нагружают форму для заливки металлом (рис.11,д).

Формовка в двух опоках по неразъемной модели показана на рис.12. Модель формуемой детали (рис.12,а) без нижнего стержневого знака ставят на щиток (рис.12,в), обкладывают облицовочной, а затем набивают наполнительной смесью и сверху сгребают излишек. При попавшей под модель смеси полуформу поворачивают на 180(рис.12,б) и вырезают смесь по линии разъема 3-4.Загладив всю поверхность разъема, присыпав ее разделительным песком и поставив на место стержневой знак 2,ставят верхнюю опоку, модели стояка и выпоров, наполняют ее формовочной смесью, раскрывают форму, извлекают модель, отделывают, присыпают припылом, ставят стержень, накрывают верхней полуформой, нагружают и ставят под заливку (рис.12,г).

Сущность безопочной формовки заключается в том, что опоки применяют только для изготовления формы (рис.13). После ее сборки опоки снимают и используют для приготовления новой формы.

Этот способ находит широкое применение в производстве мелких деталей массой до 3-5 кг. При его применении значительно уменьшается количество таких взаимозаменяемых опок, что дает большую экономию. При этом облегчается выбивка отливок. Безопочную формовку также широко применяют при машинной формовке в массовом производстве.

На нижнюю опоку по направляющим штырям устанавливают двустороннюю модельную плиту, а на нее верхнюю опоку. Сборку переворачивают и начинают формовать с нижней опоки. Затем сборку снова переворачивают и набивают верхнюю опоку. Модели питателя и шлакоулавителя расположены на модельной плите. Стояк и литниковую чашу прорезают конической трубкой. После этого верхнюю опоку поднимают, снимают модельную плиту и собирают форму, ставят по штырям верхнюю опоку на нижнюю. Затем с формы снимают обе опоки. На линию разъема надевают металлический кожух-жакет, предохраняющий форму от разрушения, и ставят безопочную форму под заливку металлом, положив груз в виде плиты с отверстием против литниковой воронки.

Машинная формовкаиспользуется в серийном, массовом и крупносерийном производствах.

По характеру уплотнения смеси машины делят на прессовые, вытряхивающие с подпрессовкой, пескодувные, пескострельные и пескометные.

Прессовые машины бывают с верхним и нижним прессованием. При верхнем прессовании наибольшая степень уплотнения находится у прессовой колодки, при нижнем прессовании наибольшее уплотнение формовочной смеси находится у поверхности модели.

Прессовые машины применяют для полуформ в невысоких опоках высотой 200-250 мм. Этот недостаток может быть устранен применением профильных прокладок, обеспечивающих более равномерное уплотнение формовочной смеси во всем объеме. Равномерное уплотнение смеси можно осуществить прессованием с эластичной резиновой мембраной. Здесь смесь уплотняется давлением сжатого воздуха (или жидкости) через эластичную мембрану, повторяющую рельеф поверхности модели. В обычных прессовых машинах Р= 0,5 МПа, применяют прессование и под высоким давлением до 2 МПа.

Встряхивающие машины уплотняют формовочную смесь за счет инерционных сил, возникающих при многократно повторенном встряхивании. Эти машины уплотняют смесь неравномерно, в наибольшей степени у поверхности модели. Для дальнейшего уплотнения в верхних слоях осуществляют подпрессовку.

Пескометы – высокопроизводительные формовочные машины (уплотняющие до 40 м³смеси в час), использующиеся преимущественно для форм крупных отливок. Они производят две операции: заполнение опоки формовочной смесью и ее уплотнение.

Пескодувные машины применяют в основном для приготовления стержней. Здесь стержневая смесь заполняет стержневой ящик и уплотняется под давлением сжатого воздуха 0,5-0,6 МПа.

В пескострельных машинах стержневая смесь уплотняется при мгновенном ее перемещении под давлением сжатого воздуха из пескострельного резервуара в стержневой ящик через сопло.