Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Литниковая система — это совокупность каналов и резервуаров в литейной форме, по которым расплавленный металл поступает из ковша в рабочую полость. От правильного проектирования системы зависят качество заполнения формы, чистота металла от шлака и отсутствие газовых дефектов в готовой отливке. Грамотный расчёт сечений литниковых каналов позволяет исключить недоливы, усадочные раковины и пригар ещё на стадии технологической подготовки производства.
Стандартная литниковая система включает несколько последовательно расположенных элементов. Каждый выполняет строго определённую функцию, и их совместная работа обеспечивает управляемое заполнение формы с минимальным захватом газов и шлака.
Литниковая воронка — простой конический металлоприёмник для мелких и средних отливок при расходе металла не более 5 кг/с. При больших расходах используют литниковую чашу — более крупный резервуар, нередко снабжаемый перегородкой-разделителем для первичного задержания шлака ещё до входа металла в стояк. Для производства отливок из серого чугуна массой до 100 кг применяют также фильтровальные сетки, устанавливаемые в воронках.
Стояк — вертикальный канал, соединяющий воронку или чашу с горизонтальными элементами системы. Выполняется в виде усечённого конуса с конусностью 2–4°, сужающегося книзу. Это компенсирует ускорение свободно падающего металла: цилиндрический стояк привёл бы к образованию зазора между потоком и стенкой, в который подсасывается воздух. Нижний торец стояка переходит в зумпф — расширение, гасящее кинетическую энергию струи и вихреобразование при переходе из вертикального направления в горизонтальное.
Шлакоуловитель — горизонтальный канал трапециевидного сечения, размещаемый в верхней полуформе по плоскости разъёма. Задерживает шлак и неметаллические включения за счёт разности плотностей: более лёгкий шлак всплывает в верхней части канала, а очищенный металл движется к питателям по нижней зоне. Питатели отходят снизу шлакоуловителя, что исключает захват плавающего шлака. В сужающихся системах сечение шлакоуловителя меньше сечения стояка, что обеспечивает заполнение канала металлом и нормальную работу шлакозадержания.
Питатели — короткие каналы трапециевидного или полукруглого сечения, непосредственно подводящие расплав в рабочую полость формы. Суммарное сечение питателей — расчётная величина, определяющая скорость и время заполнения. В сужающейся системе питатели представляют наиболее узкое место и работают в режиме полного заполнения, задавая стабильный расход металла. Количество и расположение питателей определяются конфигурацией и габаритами отливки.
Выпор — вертикальный канал, выходящий из верхней части рабочей полости. Отводит воздух и газы при заполнении формы, служит визуальным индикатором завершения заливки (металл появляется в выпоре), а также частично питает отливку в начальный момент затвердевания. В отличие от прибыли, выпор имеет меньшее сечение и не предназначен для длительного питания усадки.
Классификация по соотношению суммарных сечений каналов — ключевой инженерный выбор при проектировании литниковой системы для конкретного сплава.
В сужающейся литниковой системе суммарное сечение каналов уменьшается от стояка к питателям: Fст > Fшл > ΣFпит. Стояк — наибольший элемент, питатели — наименьший. Питатели работают в напорном режиме с полным заполнением, что обеспечивает стабильный расход и постоянный металлостатический напор. Применяется прежде всего для отливок из серого и ковкого чугуна, а также для простых углеродистых стальных отливок.
В расширяющейся системе суммарное сечение возрастает: Fст < Fшл < ΣFпит. Узким местом является стояк. Скорость потока снижается по мере движения к полости формы — это уменьшает турбулентность, захват газов и окисление расплава. Применяется для алюминиевых, магниевых и медных сплавов, а также для ответственных стальных отливок, заливаемых из стопорных ковшей.
Метод Озана-Диттерта — наиболее распространённый гидравлический метод расчёта литниковых систем для песчаных форм. В его основе лежит уравнение Бернулли с учётом гидравлических потерь и расчётного времени заполнения формы. Расчёт ведут от наименьшего сечения к наибольшему — то есть от питателя к стояку.
Где:
Приведённый напор учитывает положение питателей относительно отливки и рассчитывается по формуле:
Где: H0 — расстояние от уровня металла в литниковой чаше (воронке) до места подвода расплава (питателя), м; P — расстояние от самой верхней точки отливки до места подвода расплава, м; C — полная высота отливки, м.
Верхний подвод (питатель у верхней кромки отливки): P = 0, Hр = H0 — напор максимален.
Нижний подвод (питатель у основания отливки): P = C, Hр = H0 − C/2 — напор минимален.
Боковой подвод по разъёму (P = C/2): Hр = H0 − C/8.
Типичные значения Hр для средних отливок: 0,10–0,25 м.
Расчётное время заполнения для чугунных и стальных отливок определяется по эмпирической формуле:
Где S — коэффициент, зависящий от толщины стенки и сложности отливки: для тонкостенных отливок (стенки до 10 мм) S = 1,1–1,4; для отливок средней сложности S = 1,4–1,7; для толстостенных и сложноконфигурированных S = 1,7–2,0. δ — преобладающая толщина стенки, мм; Q — масса заливаемого металла, кг. Ориентировочное время заполнения: отливки 1–5 кг — около 3–8 с; до 100 кг — 15–40 с; крупные — более 60 с.
Коэффициент расхода учитывает гидравлические потери на трение, повороты и сужения каналов. Его значения определены опытным путём и зависят от типа сплава и состояния формы.
После определения суммарного сечения питателей ΣFпит рассчитывают сечения остальных элементов по нормативным соотношениям. Все коэффициенты приведены относительно суммарного сечения питателей как единицы. Расчёт ведут от питателя к стояку.
Сужающаяся система, серый чугун: Fст : Fшл : ΣFпит = 1,15 : 1,1 : 1
Сужающаяся система, ковкий чугун и углеродистая сталь: Fст : Fшл : ΣFпит = 1,4 : 1,2 : 1
Расширяющаяся система, Al и Mg сплавы: Fст : Fшл : ΣFпит = 1 : 2 : 3
Расширяющаяся система, сталь (стопорный ковш): Fст : Fшл : ΣFпит = 1 : 2 : 2
Если в форме установлено N питателей, сечение каждого из них равно ΣFпит / N. Сечение шлакоуловителя и стояка рассчитывают умножением ΣFпит на соответствующий коэффициент из соотношения. Например, для серого чугуна: Fшл = 1,1 × ΣFпит, Fст = 1,15 × ΣFпит.
Сечение шлакоуловителя выполняют трапециевидным. Питатели располагают снизу шлакоуловителя. Количество питателей определяется конфигурацией отливки: протяжённые детали (стойки, рычаги) заливают, как правило, через один питатель вдоль длинной стенки; широкие плоские и корпусные детали требуют нескольких питателей для равномерного заполнения.
Для ответственных отливок из алюминиевых и магниевых сплавов в шлакоуловитель устанавливают пеноалюмосиликатные или сетчатые фильтры, задерживающие неметаллические включения и оксидные плёнки. При использовании фильтра коэффициент μ снижается до 0,30–0,40, что необходимо учитывать в расчёте ΣFпит.
Литниковая система — один из ключевых инструментов технолога-литейщика. Правильный выбор её типа (сужающаяся для чёрных металлов, расширяющаяся для цветных и ответственных стальных отливок) и точный гидравлический расчёт по методу Озана-Диттерта позволяют управлять скоростью заполнения формы, снижать захват газов и задерживать шлак. Суммарное сечение питателей рассчитывается через массу заливаемого металла, плотность жидкого сплава, время заполнения, коэффициент расхода и приведённый напор. Сечения шлакоуловителя и стояка определяются нормативными соотношениями: в сужающейся системе стояк — наибольший элемент, питатели — наименьший; в расширяющейся — наоборот. Применение фильтрующих вставок и обоснованное расположение питателей значительно снижают брак по газовым и шлаковым включениям.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.