Виды литниковых систем. Структура литниковой системы. Комбинированная литниковая система

Устройство литниковых систем.

Устройство литниковых систем. Система каналов, обеспечивающая подвод расплава в полость формы, питание отливки в процессе кристаллизации и улавливание шлака и песочных включений, называется литниковой системой. После выбивки форм литниковая система отделяется от отливки и поступает на переплавку.

Рис. 97. Элементы литниковой системы

На рис. 97 изображены элементы литниковой системы, состоящей из литниковой чаши 1, стояка 2, шлакоуловителя 3 и питателей 4.

Литниковая чаша , имеющая форму воронки, предназначается для удобства заливки расплава в форму и частичного удержания шлака. Литниковые чаши бывают различной конструкции. Они изготовляются либо в виде отдельных стержней, либо заформовываются в металлической рамке.

Рис. 98. Конструкция литниковых систем :

1 - литниковая чаша, 2 - стояк, 3 - выпор, 4 - выпорная чаша, 5 - перегородка, 6 - ручки, 7 - металлический корпус, 8 - питатель, 9 - шлакоуловитель

На рис. 98 изображены наиболее распространенные виды литниковых чаш .

Чаши для мелких форм выполняются в верхней полуформе в виде воронки 1 (рис. 98, а) и в виде чаши с порошком (рис. 98, б), который при течении расплава способствует всплыванию шлака.

Чаши для среднего литья изготовляются отдельно в виде стержней 1 (рис. 98, в и г), устанавливаемых на форму при сборке. Такие чаши более емки и удобны при заливке. В дне чаш для среднего литья делают несколько мелких отверстий (диаметром 5—8 мм), играющих роль фильтровальной сетки и способствующих удержанию шлака.

Чаши для крупного литья (рис. 98, г) формуются в металлической рамке 7, а для удобства установки их на форму при сборке в рамке предусматриваются ручки 6. В конструкции такой чаши имеется специальная перегородка 5. При заполнении расплавом левой полости чаши 1 шлак, располагаясь сверху расплава, удерживается перегородкой от попадания внутрь сифонного стояка 2.

Стояк 2 (см. рис. 98) представляет собой вертикальный канал круглого сечения, соединяющий литниковую чашу и шлакоуловитель. Стояк формуется в верхней полуформе с помощью модели стояка. Модель стояка имеет форму конуса, расширяющегося к чаше. Делается это для облегчения извлечения модели из формы. Иногда стояк вырезается в верхней полуформе полой стальной трубкой.

У форм с вертикальной заливкой стояк формуется на плоскости разъема верхней и нижней полуформ. После сборки и кантования их на 90° вертикальный канал соединяет чашу и шлакоуловитель.

Шлакоуловитель 9 представляет собой горизонтальный канал трапецеидального сечения, выполняемый обычно в верхней полуформе. Назначение шлакоуловителя — задерживать шлак, попавший из литниковой чаши, и облегчать подвод расплава к отливке. При ручной формовке шлакоуловитель прорезается вручную, при машинной —выполняется в форме по модели, закрепленной на модельной плите.

Питатели 8 — тонкие и короткие каналы, соединяющие шлакоуловитель с литейной полостью формы. Питатели имеют различную форму поперечного сечения: трапецеидальную, прямоугольную, полукруглую и т. п. При машинной формовке модели питателей закрепляются на подмодельной плите нижней или верхней полуформы.

Конструкции литниковых систем подразделяются на вертикальные и горизонтальные со свободным падением расплава и с падением его по ломаной линии.

Литниковая система со свободным падением расплава состоит из литниковой чаши и стояка (см. рис. 98, а).

Литниковые системы с падением расплава по ломаной линии подразделяются на три подгруппы: у первой подгруппы расплав вводится через разъем в полость формы сверху (см. рис. 98, б), у второй расплав вводится через разъем формы преимущественно на половину высоты отливки (см. рис. 98, в), у третьей подгруппы расплав подводится в полость формы снизу сифоном (см. рис. 98, а). При изготовлении мелкого и среднего литья широкое применение нашла горизонтальная дроссельная литниковая система. Основным элементом дроссельной литниковой системы является дроссель — узкий щелевидный канал, соединяющий стояк и полость формы, регулирующий торможением расход расплава и обеспечивающий плавное поступление его в форму с хорошей очисткой от посторонних примесей.

Рис. 99. Дождевая литниковая система

Дождевая литниковая система (рис. 99) состоит из литниковой чаши 7, стояка 2, кольцевого шлакоуловителя 5, нижняя часть которого соединяется с литейной полостью отливки 4 большим количеством мелких вертикальных каналов — питателей 3. После заполнения шлакоуловителя расплав отдельными струйками стекает в полость формы, обеспечивая получение плотных отливок. Такая система применяется для отливки в сухих формах втулок, труб, барабанов и других цилиндрических ответственных отливок.

Ярусная литниковая система (с расположением питателей по высоте стояка) применяется при отливке крупных деталей с неравномерной толщиной стенок. Эта система позволяет хорошо питать отливку горячим расплавом в различных ее частях.

Литниковая система

Литниковая система – это система каналов и резервуаров для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, её заполнения и питания отливки при затвердевании.По конструкции и расположению в литейной форме литниковые системы очень разнообразны, но независимо от конструкции такая система должна обеспечивать:

– непрерывную подачу сплава в форму;

– кратчайший путь металла в полости формы, чтобы он не терял температуру;

– спокойное и плавное без завихрений заполнение металлом полости формы, что устраняет размывание формы, а также подсос и замешивание в металл воздуха;

– улавливание шлака и других неметаллических включений для предотвращения попадания их в полость формы с металлом;

– создание направленного затвердевания снизу вверх для питания отливки в процессе кристаллизации жидким металлом с целью не допустить образования усадочных раковин;

– однородность структуры отливки после ее кристаллизации;

– отсутствие препятствия при усадке отливок с целью не допустить образования напряжений и трещин;

– минимальный расход сплава на литниковую систему (включая выпоры и прибыли);

– легкое отделение от отливки в процессе выбивки из формы.

Конструкция литниковой системы должна состоять из стандартных элементов, легко изготовляемых и заменяемых при износе. Нормальная литниковая система, применяемая при подводе питания по разъему, показана на рис. 1. Литниковая чаша (воронка) 1 является приемником, в который жидкий металл поступает из разливочного ковша. При заливке необходимо стремиться быстро заполнять чашу и поддерживать в ней металл на высоком уровне, это обеспечивает задерживание шлака в чаше.

Также для задерживания шлака и неметаллических включений при использовании заливочной воронки между ней и стояком может устанавливаться фильтрующий элемент 2 в виде сетки. Стояк 3 представляет собой вертикальный канал, сужающийся книзу; по этому каналу металл поступает в шлакоуловитель 4 . Шлакоуловитель расположен в верхней полуформе и служит для задерживания шлака, неметаллических включений и подвода металла к питателю 5 , находящемуся в нижней полуформе и подводящему сплав в формообразующую полость литейной формы.

Рис. 1. Литниковая система для подвода металла по разъему формы:

1 – воронка; 2 – фильтрующий элемент; 3 – стояк;

4 – шлакоуловитель; 5 – питатель

Выпоры и прибыли также являются частью литниковой системы. Выпоры служат для удаления газов и неметаллических включений из полости формы в процессе заливки, а также позволяют контролировать окончание процесса заполнения полости формы с помощью наблюдения за подъемом металла в них. Число выпоров зависит от размеров и конфигурации отливок. В случае изготовления мелких и средних отливок можно ограничиться установкой одного выпора, а для крупных отливок ставят два-три выпора и более. Если отливка имеет фасонную поверхность, выпор устанавливают на самый высокий элемент модели, по которой изготавливается верхняя полуформа. Следует избегать установки выпоров на массивных частях отливки, так как это приводит к образованию под выпором усадочной раковины в связи с тем, что относительно тонкий выпор остывает быстрее массивной части и питается за ее счет.

Разновидности литниковых систем

Литниковые системы, в зависимости от формы, размеров отливки и свойств литейного сплава, имеют различное устройство.

1.По способу подвода расплава в рабочую полость формы литниковые системы делят на: верхнюю, сифонную (нижнюю), ярусную, вертикально-щелевую (рис. 34Л).

Рис. 2 Типы литниковых систем

а - верхняя; б – сифонная (нижняя); в – боковая; г - ярусная; д –вертикально- щелевая;

1 – литниковая чаша; 2 - стояк; 3 -шлакоуловитель; 4 - питатель; 5 - выпор; 6 - отливка

Верхняя литниковая система (рис. 2, а).

Достоинствами системы являются: малый расход металла; конструкция проста и легко выполнима при изготовлении форм; подача расплава сверху обеспечивает благоприятное распределение температуры в залитой форме (температура увеличивается от нижней части к верхней), а следовательно, и благоприятные условия для направленной кристаллизации и питания отливки.

Недостатки: падающая сверху струя может размыть песчаную форму, вызывая засоры; при разбрызгивании расплава возникает опасность его окисления и замешивания воздуха в поток с образованием оксидных включений; затрудняется улавливание шлака.

Верхнюю литниковую систему применяют для невысоких (в положении заливки) отливок, небольшой массы и несложной формы, изготовленных из сплавов, не склонных к сильному окислению в расплавленном состоянии (чугуны, углеродистые конструкционные стали, латуни).

Сифонная (нижняя) литниковая система (рис. 2, б)

Широко используется для литья сплавов, легко окисляющихся и насыщающихся газами (алюминий), обеспечивает спокойный подвод расплава к рабочей полости формы и постепенное заполнение ее поступающим снизу без открытой струи металлом. При этом усложняется конструкция литниковой системы, увеличивается расход металла на нее, создается неблагоприятное распределение температур в залитой форме ввиду сильного разогрева ее нижней части. Возможно образование усадочных дефектов и внутренних напряжений. При такой системе ограничена возможность получения высоких тонкостенных отливок (при литье алюминиевых сплавов форма не заполняется металлом, если отношение высоты отливки к толщине ее стенки превышает 60, H/δ≥60).

Боковая литниковая система (рис. 2, в).

Подвод металла осуществляется в среднюю часть отливки (по разъему формы).

Такую систему применяют при получении отливок из различных сплавов, малых и средних по массе деталей, плоскость симметрии которых совпадает с плоскостью разъема формы. Является промежуточной между верхней и нижней, и следовательно сочетает в себе некоторые их достоинства и недостатки.

Ярусная литниковая система(рис.2, г).

При ярусной литниковой системе подача расплава осуществляется на нескольких уровнях. Питатели действуют последовательно, начиная с нижних, по мере подъема уровня металла в полости формы. Эти системы, обеспечивающие спокойное заполнение и горячий металл в головной части потока, широко применяют при изготовлении крупных и тонкостенных отливок из черных и цветных сплавов.

Вертикально-щелевая литниковая система(рис.2, д) .

Разновидность ярусной. Предназначена, главным образом, для цветных металлов и сплавов.

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

Литниковая чаша или воронка являются резервуарами, служащими для приема металла из раз­ливочного устройства и подачи его через стояк и другие элементы литниковой системы в рабочую полость формы.

В литниковой чаше струя расплава по­падает сначала в полость М, в результате чего снижает­ся напор металла, и создаются условия для частичного отделения шлаковых включений. Литниковая воронка обычно имеет форму усе­ченного конуса, расширяющегося вверх, что облегчает при заливке попадание в нее струи металла. При изго­товлении средних по массе и крупных отливок литниковые чаши часто выполняют в отдельных надставках. Чаша может иметь перегородку, обеспечивающую лучшее задержа­ние шлака; чаша, обеспечивает лучшее всплывание и задержание шлака приданием ра­сплаву центробежного вращения.

Особенностью мерной чаши является то, что объем ее соответствует металлоемкости литейной формы. Перед заливкой расплава в чашу выходное отверстие ее перекрывают пробкой, что позволяет накопить в чаше нужное для за­полнения формы количество расплава, выдержать его для всплывания шлака и, подняв пробку, обеспечить спокойную заливку формы.

Стояк представляет собой вертикальный (реже на­клонный) прямой или изогнутый канал, служащий для подачи расплава из литниковой чаши (или воронки) к другим элементам литниковой системы: металлоприемнику, литниковому ходу (коллектору), шлакоуловите­лям, питателям (рис. 1.8). Реже стояк подводится непо­средственно в рабочую полость формы.

Наиболее распространены стояки конической формы, сужающиеся книзу. Применяют стояки и цилиндричес­кой формы, а также с овальным и прямоугольным попе­речными сечениями. При литье цветных сплавов (алю­миниевых, магниевых), легко окисляющихся в расплав ленном состоянии, применяют расширяющиеся стояки в целях снижения скорос­ти движения расплава, уменьшения опасности переме­шивания его с воздухом змеевидные стояки.

Металлоприемник, называемый также зумп­фом, выполняется в конце стояка в виде полусферы и служит для смягчения удара падающей струи расплава, уменьшения разбрызгивания его, плавного изменения направления движения потока.

Литниковый ход, называемый также коллекто­ром, непосредственно примыкает к нижней части стояка или к металлоприемнику и выполняется обычно в виде горизонтально расположенного канала либо системы каналов, служащих для распределения металла в плоскос­ти разъема формы. Обычно через литниковый ход рас­плав подводится непосредственно к питателям, он часто выполняет роль шлакоуловителя.

Шлакоуловители служат для задержания шла­ка и других неметаллических включений в расплаве, например оксидных плен, частиц фор­мовочного материала и огнеупорной облицовки (футе­ровки) ковша. Частицы шлака, попадая с металлом в шлакоуловитель, расположенный выше питателей, всплывают и остаются в нем, не проникая в полость формы.

Улавливание шлака может происходить и в коллек­торе, если он быстро заполняется металлом и имеет до­статочную протяженность, чтобы частицы шлака успели всплыть в верхнюю часть его до попадания в питатель. Это наиболее вероятно при малых скоростях движения расплава в коллекторе, в случае литья тяжелых сплавов (чугуна, стали, латуней и бронз), когда значительно бо­лее легкие неметаллические включения быстро всплыва­ют. При литье легких сплавов (алюминиевых, магние­вых) это обычно не происходит и коллектор выполняет только роль канала, подводящего расплав к питателям в горизонтальной плоскости. Поэтому для надежного задержания шлаков и других неметаллических включе­ний при изготовлении отливок из любых литейных спла­вов в литниковой системе выполняют различные специ­альные шлакоулавливающие устройства.

Литниковые дроссели - местные сужения в литниковой системе в виде вертикальных щелевидных каналов, используются для регулирования скорости дви­жения расплава и заполнения формы.

Питатели - каналы, служащие для непосредст­венного подвода металла в рабочую полость формы. Обычно питатели представляют собой прямые каналы трапециевидного сечения и располагаются между литни­ковым ходом или шлакоуловителем и отливкой. Наибо­лее характерно расположение питателей под литнико­вым ходом или в нижней части его (см. рис. 1.15,6), что затрудняет попадание шлака в полость формы.

Выпоры - элементы литниковой системы для вы­вода воздуха и газов из полости формы и контроля за­полнения ее расплавленным металлом. В ряде случаев выпоры служат и для питания отливки металлом при ее затвердевании, т. е. выполняют роль прибыли. В соответствии с назначением выпоры представля­ют собой открытые сверху вертикальные или наклонные каналы обычно круглого, овального или прямоугольного сечения, устанавливаемые над наиболее возвышенными и удаленными от места подвода металла частями формы либо примыкающими к ним сбоку.

Прибыль. Во время усадки металла в форме в стенках отливки могут образовываться усадочные раковины, которые возникают там, где металл долгое время остается в жидком состоянии, т.е. в толстых сечениях отливки. В тонких сечениях отливки раковины образоваться не могут, потому что возникающая в процессе затвердевания усадка компенсируется металлом из соседних, более толстых сечений отливки, находящихся еще в жидком состоянии. Если во время затвердевания отливки в то место, где происходит образование усадочной раковины, своевременно добавлять жидкий металл – питать отливку, то усадочной раковины в отливке не будет. Подобный 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. Прибыли представляют собой открытые или закрытые полости в форме, примыкающие к наиболее мас­сивным частям отливки и служащие для питания отливок в период затвердева­ния с целью предупреждения образования усадочных ра­ковин и рыхлот.

Прибыли классифицируют по расположению их отно­сительно отливки на верхние и боковые, или отводные; по конструкции - открытые и закрытые, по форме - конические, цилиндрические, полусферические, шаровидные, в виде бобышек и др.

Распо­ложение, устройство и размеры прибыли должны быть такими, чтобы:

1.запас жидкого металла в прибыли должен быть доста­точным для компенсации усадки в питаемой части от­ливки;

2. затвердевание расплава в прибыли должно заканчиваться после затвердевания питаемого узла, а усадочные де­фекты (раковины, пористость) полностью находиться в прибыли, не переходя в отливку.

Одновременно стремят­ся к тому, чтобы при выполнении указанных условий расход металла на прибыли был минимальным (опреде­ляют расчетом).

Литниковой системой называют совокупность каналов и резервуаров, по которым жидкий металл из ковша поступает в полость формы (Рис. 8).

Рис. 8.

Литниковая чаша (2) - резервуар, предназначенный для приема жидкого металла и передачи его в стояк 3.

Стояк (3) - вертикальный (иногда наклонный) канал круглого, овального или иного сечения, предназначенный для передачи металла из чаши к другим элементам литниковой системы.

Шлакоуловитель (1) - канал, в котором задерживается шлак и неметаллические включения, увлекаемые жидким металлом в форму. Для предупреждения попадания шлака в полость формы во время заливки ее чаша должна быть постоянно заполнена до краев. Это способствует всплыванию шлака и препятствует его попаданию в полость формы. Однако часть шлака все же может увлекаться жидким металлом. Для предотвращения попадания его в форму служит шлакоуловитель. Шлак, имея значительно меньшую полость, чем металл, всплывает в верхнюю часть шлакоуловителя и задерживается в нем, а чистый металл из нижней части шлакоуловителя через питатель поступает в полость формы. Чтобы шлак хорошо задержался, питатели обычно располагают ниже шлакоуловителя.

Шлакоуловитель применяется при тяжелых металлах, для которых характерна высокая скорость всплывания шлаков. Для легких сплавов необходим коллектор - распределитель, так как плотность заливаемого металла близка к плотности шлаков и скорость всплывания шлаков незначительна.

Питатели (литники) (4) - каналы, предназначенные для передачи металла непосредственно в полость формы.

Литниковые системы делят на следующие наиболее распространенные типы (обозначения на Рис. 9 соответствуют Рис. 8):

Рис. 9.

1) верхняя (Рис. 9, а ) - питатели подводят металл в верхнюю часть отливки;

2) нижняя или сифонная - питатели подводят металл в нижнюю часть отливки (Рис. 9, б );

3) щелевая - питатели подводят металл по высоте отливки (Рис. 9, в );

4) ярусная - питатели подводят металл на нескольких уровнях
(Рис. 9, г ).

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

Помимо выбора типа литниковой 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.

Литниковые системы рассчитываются. Расчет сводится к определению площади наименьшего сечения литниковой системы (стояка или питателя) с последующим определением по соотношениям площадей сечения остальных элементов системы.

Площадь наименьшего сечения F нс находят по формуле

где G - масса металла, прошедшего через минимальное сечение;

ф - продолжительность заливки, с: ;

г - плотность жидкого металла, г/см 3 ;

м - коэффициент расхода литниковой системы, учитывающий потери скорости, трение повороты;

Н р - расчетный напор, см; д - преобладающая толщина стенки отливки, мм;

S - коэффициент, зависящий от толщины стенки и конфигурации отливки: для титановых и магниевых сплавов и стали - 0,91…1,7; алюминиевых сплавов - 1,7…3,0.

Напор Н р зависит от способа заливки, типа литниковой системы, положения отливки в форме и других факторов. Для случая подвода металла по разъему формы, очень распространенного в литейном производстве, Н р можно рассчитывать по формуле

где Н 0 - первоначальный максимальный напор заливаемого металла;

р - расстояние от самой верхней точки отливки до уровня подвода металла;

с - высота отливки (по положению при заливке металла).

При расчетах площадей литниковых каналов пользуются отношениями

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