Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Прибыль в литейном производстве — полость в форме, заполненная расплавом и примыкающая к массивным узлам отливки. Её назначение — компенсировать объёмную усадку металла при затвердевании. Правильно рассчитанная и размещённая прибыль переводит усадочную раковину из тела отливки в объём вспомогательного резервуара, который после затвердевания удаляется. От конструкции прибыли напрямую зависит качество и плотность металла в ответственных литых деталях.
Согласно ГОСТ 18169-86 («Процессы технологические литейного производства. Термины и определения»), прибыль — это элемент литниковой системы или полости литейной формы, предназначенный для питания отливки жидким металлом в период затвердевания и усадки. Прибыль присоединяют к тепловому узлу отливки — участку, который затвердевает последним.
При охлаждении любой металл уменьшается в объёме. Этот процесс называется усадкой. Там, где расплав затвердевает в последнюю очередь и его питание прекращается раньше времени, формируются усадочные раковины — закрытые полости с грубой, шероховатой поверхностью — либо усадочная пористость, снижающая плотность и механические свойства. Прибыль непрерывно восполняет расплав, пока термический узел не кристаллизуется полностью.
Линейная усадка серого чугуна составляет в среднем около 1% (диапазон 0,8–1,3%), углеродистых и легированных сталей — 1,8–2,5%, большинства алюминиевых сплавов — 0,9–1,5%. Объёмная усадка приблизительно втрое превышает линейную и является непосредственной причиной усадочных дефектов отливок.
Важная особенность: серый чугун с пластинчатым графитом практически не склонен к образованию усадочных раковин — при кристаллизации выделяющийся графит компенсирует уменьшение объёма металлической матрицы. Именно поэтому прибыли прежде всего применяют при изготовлении отливок из сталей, высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, ковкого чугуна и ряда цветных сплавов, склонных к образованию концентрированных усадочных раковин.
Прибыли классифицируют по нескольким признакам: расположению относительно отливки, характеру взаимодействия с атмосферой, способу обеспечения давления и тепловым условиям работы.
Верхняя прибыль располагается над питаемым узлом. Металлостатическое давление столба расплава создаёт дополнительный напор, улучшающий подачу металла. Верхние прибыли прямого питания наиболее распространены при производстве крупных стальных и чугунных отливок. Расплав подаётся в отливку по кратчайшему пути — это повышает эффективность питания.
Боковая (отводная) прибыль присоединяется к отливке сбоку, как правило, в плоскости разъёма формы. Применяется при горизонтальном положении отливки в форме, а также для протяжённых отливок с большим отношением длины к толщине. Боковые прибыли используют и для сплавов, плохо поддающихся механической резке — например, высокомарганцовистой стали 110Г13Л.
Местные (локальные) прибыли устанавливаются непосредственно над каждым изолированным термическим узлом сложной отливки с несколькими массивными участками.
Открытая прибыль имеет выход на верхнюю поверхность формы. Атмосферное давление действует на поверхность расплава, обеспечивая стабильное питание. Конструктивно проста, надёжна в работе. Выполняется без пережима (отрезная) или с пережимом (отламывающаяся).
Закрытая прибыль полностью сформирована полостью формы, её поверхность, кроме участка контакта с отливкой, нигде не выходит наружу. Для эффективного питания в неё вводят газотворные вставки или обеспечивают доступ атмосферного давления через специальный канал в стержне. Закрытые прибыли компактнее открытых при равной эффективности питания.
Основу расчёта составляет правило Хворинова: время затвердевания тела пропорционально квадрату его модуля затвердевания — отношения объёма к площади охлаждающей поверхности. Чтобы прибыль гарантированно затвердела позже питаемого термического узла, её модуль затвердевания Mпр должен превышать модуль узла отливки Mузла не менее чем на 20%:
Условие надёжного питания: Mпр ≥ 1,2 · Mузла, где M = V/A (объём, делённый на площадь охлаждающей поверхности), измеряется в сантиметрах. Прибыль с бо́льшим модулем затвердевает позже отливки и успевает восполнить усадку по всему тракту питания.
Объём прибыли рассчитывают через коэффициент питания β — долю объёма прибыли, которая реально участвует в компенсации усадки. Произведение β на объём прибыли должно перекрывать суммарную объёмную усадку питаемого узла. Значение β зависит от типа прибыли и условий её работы.
Значения β для отливок из медных сплавов составляют от 0,10 для закрытых прибылей до 0,20 для экзотермических. Для алюминиевых сплавов диапазон значительно шире: от 0,13 (закрытая прибыль) до 0,30 (экзотермическая), что отражает специфику усадочных характеристик этих сплавов.
Чем дольше расплав в прибыли остаётся жидким, тем эффективнее она работает при меньшем объёме. Для замедления теплоотдачи применяют два принципиально разных подхода: пассивное теплоизолирование и активный экзотермический подогрев.
Стенки прибыли облицовываются вставками из материалов с низким коэффициентом теплоаккумуляции. Один из наиболее изученных составов — глиноперлитовая смесь на жидком стекле с содержанием вспученного перлита 40%. Коэффициент теплоаккумуляции такой смеси составляет около 210 Вт·с0,5/(м²·К), что существенно ниже, чем у стандартной кварцевой формовочной смеси. По экспериментальным данным, применение подобной облицовки позволяет уменьшить объём прибыли примерно вдвое по сравнению с необлицованной при сохранении равной продолжительности затвердевания.
Экзотермическая оболочка не просто замедляет охлаждение — она выделяет тепло при контакте с горячим расплавом, поддерживая температуру в прибыли выше температуры ликвидуса на протяжении всего расчётного периода питания. Оболочка изготавливается в виде втулки, устанавливаемой в форме вокруг прибыльной полости.
Холодильники — металлические вставки или накладки в форме — ускоряют затвердевание выбранных участков отливки. Совместное применение прибылей и холодильников позволяет организовать направленное затвердевание: металл кристаллизуется последовательно от удалённых от прибыли зон к ближним, и расплав из прибыли успевает восполнить усадку по всему тракту питания.
Внешние холодильники укладываются в форму снаружи — со стороны поверхности отливки, требующей ускоренного охлаждения. Внутренние холодильники (жеребейки) размещаются непосредственно в полости формы и после заливки сплавляются с телом отливки. Внутренние холодильники изготавливают из материала, идентичного или близкого по составу металлу отливки, чтобы исключить химическую неоднородность и дефект «непровара жеребеек» в зоне сплавления.
Сочетание теплоизолированной или экзотермической прибыли над массивным узлом и внешних холодильников под тонкостенными участками — стандартный технологический приём при производстве ответственных стальных отливок, обеспечивающий направленное затвердевание без увеличения числа прибылей.
Расположение прибылей определяется конфигурацией отливки и расположением термических узлов — участков, где расплав затвердевает последним. Термические узлы выявляют методом вписанных сфер (наибольшая вписанная окружность в поперечном сечении) или компьютерным моделированием заполнения и затвердевания.
При нескольких изолированных узлах устанавливают несколько местных прибылей. Для протяжённых отливок с постепенно нарастающим сечением применяют цепочку прибылей или ориентируют отливку так, чтобы сечение возрастало снизу вверх — к единственной верхней прибыли.
Прибыль в литейном производстве — ключевой инструмент обеспечения качества и плотности отливок из сталей и высокопрочных чугунов. Правильный выбор типа прибыли (открытая, закрытая, боковая, теплоизолированная или экзотермическая), грамотный расчёт объёма по критерию Хворинова с учётом коэффициента питания β и оптимальное размещение над термическими узлами обеспечивают бездефектное затвердевание. Комбинирование прибылей с холодильниками позволяет организовать направленное затвердевание — наиболее надёжный способ исключения усадочных дефектов в ответственных отливках. Применение теплоизолирующих и экзотермических вставок существенно снижает расход металла на прибыли и повышает технологический выход годного литья.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.