Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Стояк литниковой системы — вертикальный канал, по которому расплавленный металл опускается от литниковой чаши или воронки к горизонтальным элементам формы. От его геометрии и точности расчёта напрямую зависит качество заполнения полости и итоговая плотность отливки.
Стояк литниковой системы — это вертикальный канал круглого или конического сечения, соединяющий приёмную полость (чашу или воронку) с горизонтальными каналами формы: шлакоуловителем и питателями. Он является первым элементом, через который расплав входит непосредственно в форму под действием металлостатического давления.
В нормативной практике стояк относится к подводящим элементам литниковой системы наряду с литниковой чашей, шлакоуловителем и питателями. Его основная задача — обеспечить ламинарный, контролируемый поток металла без захвата воздуха и шлака.
Ключевой принцип: стояк должен быть полностью заполнен расплавом на протяжении всей заливки. Незаполненный стояк — прямой путь к газовым раковинам и шлаковым включениям в теле отливки.
Стояк выполняют суживающимся книзу с углом конуса 2–4°. Это не просто конструктивное решение, а физическая необходимость. При падении металл ускоряется: согласно уравнению неразрывности потока, скорость возрастает по мере снижения уровня. В цилиндрическом стояке при таком разгоне между стенкой и потоком возникает разрежение, засасывающее воздух в расплав.
Коническая форма компенсирует это ускорение. Сечение уменьшается пропорционально возрастанию скорости, поток остаётся сплошным и давление сохраняется по всей высоте. Конкретное значение угла конуса принимают из ряда нормальных конусностей по ГОСТ 8593-81 «Нормальные конусности и углы конусов» исходя из высоты стояка и расчётного диаметра нижнего основания.
Стандартное сечение стояка — круговое. Оно обеспечивает минимальный периметр при заданной площади, что снижает теплопотери металла при прохождении канала. В ряде конструкций применяют трапециевидное сечение — оно технологичнее при формовке в парных опоках, так как упрощает извлечение модели из формовочной смеси. Гидравлические характеристики круглого сечения выше, поэтому при прочих равных условиях ему отдают предпочтение.
Диаметр стояка рассчитывают из условия пропускания заданного расхода металла за нормированное время заливки. Расчёт основан на уравнении Бернулли с учётом гидравлических потерь в литниковой системе.
Для расчёта необходимы:
Площадь минимального сечения литниковой системы определяется по формуле Озанна–Диттерта:
Fmin = G / (ρ · τ · μ · √(2g · Hр))
где: G — суммарная масса металла в форме (отливка + литниковая система), кг; ρ — плотность расплава, кг/м³; τ — время заливки, с; μ — коэффициент расхода; g = 9,81 м/с²; Hр — расчётный напор, м.
Расчётный напор Hр зависит от начального максимального напора Ho (расстояния от уровня металла в чаше до места подвода в форму), расстояния P от самой верхней точки отливки до уровня подвода металла и высоты отливки C:
Hр = Ho − P² / (2C)
При верхней подаче металла (металл вводится у верхней части отливки, P = 0) расчётный напор равен полному начальному напору: Hр = Ho. При нижней подаче (питатели у основания отливки, P = C) расчётный напор снижается: Hр = Ho − C/2. При наиболее распространённом подводе по плоскости разъёма формы P и C берут из технологического чертежа отливки.
Из рассчитанной площади Fmin определяют площадь сечения стояка. Её величина зависит от типа литниковой системы, который выбирают в соответствии со сплавом:
Площадь стояка Fст находят из соответствующего соотношения. Диаметр нижнего (меньшего) основания стояка рассчитывают как:
dн = 2 · √(Fст / π)
Диаметр верхнего (большего) основания определяют с учётом угла конуса, принятого по ГОСТ 8593-81. Для угла конуса 2° (уклон 1° на сторону): dв = dн + 2 · Hст · tg(1°). Для угла 4° (уклон 2° на сторону): dв = dн + 2 · Hст · tg(2°), где Hст — высота стояка в метрах.
Высота стояка определяет металлостатическое давление, создаваемое над полостью формы. Чем выше стояк, тем больше напор и тем интенсивнее заполняется форма. Однако чрезмерное увеличение высоты ведёт к разбрызгиванию металла, усиленной турбулентности и захвату воздуха в нижней части системы.
Приведённые значения носят ориентировочный характер. Точные размеры определяют расчётом по методу Озанна–Диттерта применительно к конкретному сплаву, конфигурации отливки и компоновке опоки. Высота стояка ограничена конструкцией опоки: верхний торец выводят заподлицо с верхней полуформой или с небольшим превышением для визуального контроля заполнения.
Верхний торец стояка сопрягается с литниковой чашей или воронкой. Чаша обеспечивает приём расплава из ковша, первичное задержание шлака и плавный ввод металла в стояк без разбрызгивания. Сопряжение между чашей и стояком выполняют без резких переходов — плавный скруглённый вход снижает гидравлические потери и уменьшает турбулентность на входном участке.
Нижний торец стояка примыкает к шлакоуловителю — горизонтальному трапециевидному каналу. В точке сопряжения обязательно выполняют зумпф — полукруглое углубление под основанием стояка. Первая порция металла, несущая воздух и частицы формовочной смеси, гасит скорость в зумпфе и не уносится к питателям. Глубину зумпфа принимают примерно равной половине диаметра нижнего торца стояка.
Стояк располагают по возможности в центре системы питателей — это выравнивает температуру и давление металла у всех питателей. При нескольких отливках в форме стояк размещают симметрично относительно их расположения.
Стояк литниковой системы — критически важный элемент, определяющий гидродинамику всего литникового тракта. Его коническая форма с углом конуса 2–4° по ГОСТ 8593-81 предотвращает захват воздуха; расчёт диаметра по методу Озанна–Диттерта обеспечивает нужный расход металла за заданное время заливки; правильно определённый расчётный напор Hр гарантирует полное заполнение полости.
Выбор типа системы определяется сплавом: для чугуна применяют сужающуюся систему (Fст > Fшл > Fпит), для стали и цветных сплавов — расширяющуюся (Fст < Fшл < Fпит). Совокупность верной геометрии, расчётного сечения, обязательного зумпфа и грамотного расположения стояка в форме позволяет получать отливки без газовой пористости, шлаковых включений и недоливов.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.