Основы проектирования и расчет литниковой системы.

Согласно ГОСТ 18169-86 литниковая система представляет собой совокупность каналов и элементов литейной формы для быстрого и плавного подвода расплавленного металла в полость формы, заполнение и питание отливки при затвердевании.

Неправильно выбранный режим заполнения формы и ошибки в построении литниковых систем приводит к возникновению в отливках различных дефектов: спаев и недоливов, неметаллических включений в виде шлаков, окисных плен и газовых раковин, рыхлот, пористости, трещин и корабления, ужимин, пригара и других дефектов. Она возникают вследствие неравномерности прогрева формы, механического разрушения полости формы и стержней и их смещении, вызываемых динамическим и тепловым воздействием струи расплава.

Литниковая система играет огромную роль в обеспечении высокого качества отливки. Поэтому конструирование и расчет литниковой системы необходимо осуществлять с учетом её основных функций:

- заполняемость формы;

- ламинарного и минимально допустимого турбулентного сечения расплава по каналам литейной формы;

- положительного давления расплава в каналах литейной формы;

- задержания неметаллических включений;

- равномерного распределения температур в охлаждающейся отливки.

Кроме этих основных и других функций, выполняемых литниковой системой, она должна быть простой по конструкции, небольшой по объему, чтобы обеспечить экономическую целесообразность изготовления отливок.

В зависимости от способа заполнения формы металлом литниковые системы можно разделить на:

- боковые;

- нижние сифонные;

- верхние дождевые;

- ярусные;

- комбинированные со специфическими особенностями.

- верхняя;

- нижняя;

- вертикально- щелевая;

- змееобразная.

Конструктивные размеры литниковых систем:

Литниковые системы находят широкое применение, но каждая из них имеет свои преимущества и недостатки, поэтому в конкретных случаях выбирается оптимальный вариант, исходя из технических требования на отливку.

Литниковая система включает, как правило, следующие элементы:

стояк – вертикальный канал, соединяющий литниковую чашу (воронку) со шлакоуловителем;

шлакоуловитель – горизонтальный, трапецеидальный канал, соединяющий шлак и неметаллические включения из потока заливаемого сплава;

питатель – горизонтальный канал, соединяющий шлакоуловитель с полостью формы;

выпор – вертикальный канал, расположенный на самой верхней части полости формы или соединенный с нею боковым каналом (отводной выпор), служащий для вывода газов из формы, а так же для наблюдения за ходом заливки формы;

прибыль – элемент литниковой системы для питания отливки жидким металлом в период затвердевания и усадки;

литниковая чаша (воронка) – элемент литниковой системы для приема жидкого металла и его направления в стояк или непосредственно в литейную форму.

После выбора типа литниковой системы и места подвода металла к отливке рассчитывают площади поперечных сечений и определяют размеры элементов литниковой системы из условия заполнения формы за оптимальное время.

τ= S , где

S – коэффициент, учитывающий жидкотекучесть сплава и тип литниковой системы;

δ – преобладающая или средняя толщина стенки отливки, мм

G – общая масса отливки, литников и прибылей.

При заливки из поворотных ковшей Fn определяют по формуле:

Fn = , где

Fn – площадь сечений питателей, зависящий от способа заливки металла в форму;

G -общая масса отливки, литников и прибылей.

Выбор размеров элементов литниковых систем проще и оперативнее можно осуществлять по номограммам. Данный способ сводится к определению самого узкого сечения Fmin, которым в литниковых системах для отливок из чугуна и стали является питатель. Обычно технологи-литейщики пользуются номограммой Соболева. Номограмма Соболева построена для сырых форм, в которых получают средние и крупные отливки. При расчете значения Fпит для сухих форм рекомендуется вводить поправочный коэффициент 0.8-0.85. Определив Fпит, по соотношению литейных каналов, определяют значение шлакоуловителя и стояка. Расчет литниковых систем для различных отливок и сплавов может быть выполнен и с помощью компьютера по специально разработанным программам.

Длина питателя выбирается в зависимости от габаритов и массы отливки в пределах 10-50мм. Сечение выпора в основном принимают равным ½ - ¾ сечения стенки отливки.

Воронки, литниковые чаши нормализованы, их размеры выбирают в зависимости от диаметра стояка с учетом обеспечения нормальной заливки формы. Размеры литниковых воронок и чаши зависят от скорости заливки.

При расходе до 4.5кг/с рекомендуется принимать воронки, при большем расходе – чаши.

Литниковая чаша обеспечивает:

- задержание крупных неметаллических включений, присутствующих в готовом сплаве, а так же образующихся при заливке пену;

-создает положительное давление расплава в верхнем сечении стояка;

- гасит динамический напор струи и обеспечивает спокойный ввод расплава в стояк.

Литниковые воронки используют для небольших по массе отливок при расходе расплава (по Al) не более 1.0-1.5кг/с. Подразделяются на малые (Q= 0.5-1.0 кг/с) и большие (Q=1.0-1.5 кг/с). Диаметр выходного отверстия у всех типов воронок во всех случаях должен соответствовать диаметру стояка в верхнем сечении. Литниковые чаши применяют при расходе расплава (по Al) более 1.5кг/с. Их подразделяют на доливаемые (обычные) и мерные. Объем доливаемых чаш и воронок выбирают исходя из условия

V = кQ

Для небольших по массе отливок к=1.5-2.0, для средних к=2-5, для крупных к=5-10. По конструкции и по назначению литниковые чаши разделяются:

- с порогом;

- с порогом и перегородкой;

- с 2-мя порогами и 2-мя перегородками.

Чаши с порогом снабжены 2-мя вертикальными ребрами, которые препятствуют циркуляции расплава над стояком и затрудняют к образованию вихревой воронки. Порог ограничивает зону падения струи металла, способствует перемещению шлака вверх, на зеркало расплава и препятствует падению его в сток сверху.

Чаши с порогом и перегородкой предназначены для крупных отливок. Перегородка разделяет чашу на приемную и расходную секции, уменьшая турбулентное перемещение металла в последней. При этом обеспечивается лучшее шлакоотделение и более спокойный ввод расплава в стояк.

Чаши с 2-мя порогами и 2-мя перегородками применяют для заливки более крупных отливок ответственного назначения, особенно когда носок ковша не удается приблизить к форме на минимальное безопасное расстояние и возникает опасность разбрызгивания и вспенивания расплава.

Основанием в выборе конструкции чаши или воронки служит масса отливки.