Расчет литниковой системы для алюминия

Расчет литниковой системы

Назначение литниковой системы

Литниковая система (л.с.) должна обеспечить спокойную, равномерную и непрерывную подачу металла в заранее определенные места отливки.

Конструкция л.с. должна создавать условия, препятствующие засасыванию воздуха потоком металла.

Л.с. должна задерживать все неметаллические включения, попавшие в поток металла.

Одной из важнейших функций л.с. является заполнение формы с заданной скоростью: при очень большой скорости заливки происходит размыв стенок формы и каналов самой л.с., а при слишком медленной заливке — значительное охлаждение металла и образование спаев, неслитин, недоливов.

Л.с. должна способствовать выполнению принципа равномерного или направленного затвердевания отливки. Она служит для частичного питания жидким металлом отливки в начальный момент ее затвердевания.

Нормальная л.с. состоит из следующих основных элементов: приемное устройство, стояк, зумпф, литниковый ход, питатели.

1. Приемные устройства

Назначение их состоит в том, чтобы обеспечить попадание струи из ковша в каналы л.с. Также эти устройства гасят энергию струи металла из ковша и частично улавливают шлак, попавший в поток из ковша.

В качестве приемного устройства применим литниковую воронку. Литниковые воронки применяются при заливке всех стальных отливок, независимо от их массы (из-за заливки из стопорных ковшей, а также для уменьшения поверхности контакта металла с литниковой системой). 10, с.5.

Он представляет собой вертикальный канал л.с., по которому металл опускается от уровня чаши до того уровня, на котором он подводится к отливке.

Очень часто по условиям формовки (особенно при машинном изготовлении форм) требуется установка расширяющихся книзу стояков. В таких стояках может происходить подсос воздуха, и требуется установка дросселей, но так как сечение питателей наименьшее (то есть л.с. заполненная), то дроссели не нужны.

Очень ответственным местом в л.с. является зумпф — это расширение и углубление под стояком. Его всегда нужно делать при устройстве л.с. В нем образуется болотце металла, гасящего энергию струи из стояка и тем самым предотвращающего разбрызгивание металла. Кроме того, выходя из зумпфа в литниковый ход, металл направлен снизу вверх. При этом направление движения металла совпадает с направлением естественного движения шлаковых частиц, попавших из ковша в металл, и они быстрее выносятся к потолку литникового хода, то есть зумпф позволяет сделать короче литниковый ход и уменьшить расход металла на л.с.

4. Литниковый ход

Он представляет собой горизонтальный канал, чаще всего трапециевидного сечения, устанавливаемый на плоскости разъема формы. Основным его назначением является распределение потока металла из стояка по отдельным питателям, обеспечивая его равномерный расход.

Последний по ходу металла элемент л.с. — питатели. Их количество и расположение зависят от характера заливаемых деталей. Сечение питателей должно быть таким, чтобы они легко отламывались от отливки.

Когда металл подводится несколькими питателями к отливке, истечение его из разных питателей, удаленных на различное расстояние от стояка, разное. Дальние питатели пропускают большее количество металла, чем ближние. Это объясняется тем, что в крайних питателях динамический напор частично переходит в статический, поэтому скорость истечения металл из этих питателей выше.

Выбор типа литниковой системы

Решающими факторами, от которых зависит выбор типа л.с., являются: конструкция отливки, принятая в цехе технология и свойства сплава, из которого отливается заготовка.

Для изготовления стальных отливок применяются л.с. максимальной простоты и минимальной протяженности, так как сталь при охлаждении резко теряет жидкотекучесть.

Выбранная л.с. относится к верхним л.с. с горизонтальным расположением питателей. В такой л.с. металл подводится в верхнюю часть отливки и к концу заполнения формы в отливке создается температурное поле, соответствующее принципу направленного затвердевания (снизу холодный, а сверху горячий металл).

Выбор места подвода металла к отливке

При выборе места подвода металла к отливке обязательно учитывается принцип затвердевания отливки. Так как отливка по своей конструкции склонна к направленному затвердеванию, то металл лучше подводить в ее массивные части. Протекающим металлом форма в местах подвода разогревается, в тонкие части отливки металл подходит охлажденным и скорость их затвердевания еще больше увеличивается. Массивные части, разогретые горячим металлом, затвердевают медленнее. Такое температурное поле способствует образованию в отливке (в ее массивном или тепловом узле) концентрированной усадочной раковины, которую легко перевести в прибыль.

Металл подводим вдоль стенки, в этом случае не происходит прямого удара струи металла в стенку формы и вероятность ее размыва уменьшается.

Для определения размеров сечения элементов л.с. нужно задаться соотношением их размеров. Для л.с. стальных отливок массой до 1т.:

Самым узким местом является питатель, поэтому его расчет ведем по формуле Озанна:

где Fn — суммарная площадь сечения питателей, см 2 ;

G — полная масса металла в форме вместе с л.с. и прибылями, кг;

— удельный вес жидкого металла, для стали = 7г/см 3 10, с.39;

— коэффициент расхода л.с.;

— время заливки, с;

Hр — средний, расчетный напор, действующий в л.с. во время заливки, см;

g — ускорение силы тяжести, g = 981см/с 2 .

В случае заливки чугуна и стали формула (11) имеет вид:

Так как данная отливка требует установки прибылей, то металлоемкость отливок определяется по формуле:

где Gотл — масса отливки, кг;

ТВГ — технологический выход годного, для данной отливки ТВГ = 0.65 10, с.40;

Масса отливки определяется по формуле:

где — Gдет — масса детали, Gдет = 42.5кг;

Gпр.м.о. — масса металла на припуски и механическую обработку, кг;

Припуски на механическую обработку составляют 7 -10% от массы детали, принимаем 9%.

Gотл = 2*(42.5 + 3.83) = 92.66кг

Расчетный напор определяется по формуле Дитерта:

где H — начальный напор, или расстояние от места подвода металла к

отливке до носка ковша, см;

P — расстояние от самой верхней точки отливки до уровня подвода, см;

С — высота отливки по положению при заливке, см.

Чтобы определить Н, нужно знать высоту опок Нв.о. и Нн.о. Их размеры рассчитываются в пункте 1.9.

Рис.1. Схема к определению расчетного напора:

  • 1 — носковый ковш;
  • 2 — приемное устройство (воронка);
  • 3 — питатель;
  • 4 — отливка;
  • 5 — стержень.

где Нв.о. — высота верхней опоки, Нв.о.= 15см;

hв — высота уровня металла в воронке, hв =6см (высота воронки Нв = 75 мм) 10, с.44;

b — высота стержня, b = 18.4 см.

Н = 15 + 6 — 18.4/2 = 11.8 см.

где hм.в. — высота модели верха, hм.в. = 26.25 см.

Р = 26.25 — 9.2 = 17.05 см.

где hм.н. — высота модели низа, hм.н. = 15.5 см.

С = 26.25 + 15.5 = 41.75 см.

Тогда рабочий напор равен:

Коэффициент расхода л.с.:

Для соотношения (10):

Время заливки определяется по формуле Беленького, Дубицкого, Соболева:

где S — коэффициент времени, для стальных отливок S = 1.41.6 10, с.58, принимаем S = 1.5;

— толщина определяющей стенки, = 15мм;

G — масса отливки вместе с л.с., кг.

Общая формула для определения площадей сечения остальных элементов л.с.:

Читайте также  Алюминий а5 характеристики

где Fп — площадь одного питателя, см2;

ki — отношение площади i — ого элемента л.с. к суммарной площади питателей, обслуживаемых i-ым элементом;

Pi — число питателей, обслуживаемых i — ым элементом, Pi = 4.

Для литникового хода:

Fст = 4.21*1.3*4 = 21.89см 2 .

Рис.2. Сечения элементов литниковой системы

Литниковые системы: элементы и принципы

Заливка металла в литейную форму

После того, как металл, например, литейный алюминиевый сплав, расплавлен и нагрет до температуры заливки, он готов для подачи его в литейную форму. Ключевым вопросом производства металлических отливок высокого качества является проектирование хорошей литниковой системы. Это еще более важно, если литье производится гравитационным методом, а не литьем с помощью давления, низкого или высокого.

Заливку расплавленного металла в литейную форму нужно выполнять осторожно и аккуратно. В противном случае в полученной после затвердевания отливке будут различные литейные дефекты, причиной которых было именно неправильная заливка расплавленного металла:

  • слишком быстрый поток жидкого металла может причинить повреждения литейной форме,
  • сильно турбулентный поток может захватывать воздух и различные посторонние включения, а
  • слишком медленное заполнение литейной формы может привести к образованию холодных пробок.

Хорошая литниковая система

Правильно же спроектированная литниковая система обеспечивает должный контроль течения жидкого металла при заполнении литейной формы.

Оптимальная конструкция литниковой системы может:

  • снизить турбулентность течения расплавленного металла;
  • минимизировать содержание в отливке газов и включений;
  • снизить количество шлака.

Неправильная литниковая система неизбежно приводит к нарушениям плавности и непрерывности течения металла. Результатом этого будет низкое качество отливки. Это тем более относится к алюминию и его литейным сплавам, которые являются весьма чувствительными к нарушениям плавности течения расплавленного алюминиевого сплава из-за повышенного образования шлака и оксидов.

Алюминиевые сплавы очень активно реагируют с кислородом с образованием оксида алюминия. Когда течение алюминиевого расплава происходит гладко, эти оксиды образуются на поверхности расплава и остаются там. Однако, если течение расплава является турбулентным, эти оксиды попадают внутрь расплава и приносят туда газы и включения. Поэтому, чтобы избежать нарушения непрерывности течения расплавленного алюминия литниковую систему проектируют таким образом, чтобы исключить проблемы с захватом воздуха. Это достигают путем предотвращения образования областей с низким давлением, которые могли бы приводить к засасыванию воздуха в литейную форму.

Элементы литниковой системы

На рисунке ниже представлено поперечное сечение типичной литниковой системы при литье в песчаные формы. Эта литейная форма иллюстрирует основные принципы процесса заливки расплавленного металла, в том числе, литейных алюминиевых сплавов.

Рисунок – Основные элементы типичной песчаной литейной формы.
Источник: http://www.custompartnet.com

Опока – это деревянный ящик, в котором располагается формовочная песчаная смесь.

Нижняя полуформа – это нижняя часть литейной формы.

Верхняя полуформа – верхняя часть литейной формы.

Литниковая система – это сеть каналов, которые предназначены для подачи расплавленного металла от входа в литейную форму в ее полости.

Стержень – это элемент из песка, который вставляют в форму, чтобы выполнить внутренние детали отливки.

Жеребейка – приспособление для крепления стержня.

Литниковая чаша – это часть литниковой системы, которая получает расплавленный металл из разливочного ковша. Литниковая чаша контролирует подачу металла в литейную форму. От литниковой чаши металл следует вниз по литниковому стояку – вертикальной части литниковой системы, а затем идет по горизонтальным каналам – литниковым ходам – и, наконец, через контролируемые входы – питатели или литники – в полость литейной формы.

Прибыль – резервуар для расплавленного металла, который подает металл к элементам литейной формы для предотвращения усадки в ходе затвердевания.

Физические принципы литниковой системы

Чтобы получить хорошую конструкцию литниковой системы необходимо следовать некоторым основным принципам. Расплавленный металл ведет себя в соответствии с фундаментальными принципами гидравлики. Выводы из этих принципов могут быть весьма полезным для понимания работы любой литниковой системы.

Процесс течения расплавленного металла через литниковую систему в литейную форму управляется принципами и понятиями механики сплошной среды, таким как:

  • теорема Бернулли;
  • принцип сплошности;
  • число Рейнольдса.

Теорема Бернулли для течения расплава

Теорема Бернулли – это следствие закона сохранения энергии для стационарного течения несжимаемой жидкости. Теорема Бернулли для потока расплавленного металла заключается в том, что сумма потенциальной и кинетической энергии в любой точке такого потока является постоянной. Потенциальная энергия определяется высотой потока относительно некоторой плоскости отсчета. Кинетическая энергия зависит от скорости потока.

Если пренебречь потерями на трение и считать, что вся литниковая система находится под воздействием атмосферного давления, то из теоремы Бернулли следует, что скорость v течения расплавленного алюминия в нижней точке питателя литейной формы зависит от высоты h , на которой расположена литниковая чаша по формуле:

v = (2gh) 1/2

Из этой формулы следует, например, что чем выше расположена литниковая чаша, тем больше скорость в литнике на входе в литейную форму.

Принцип сплошности течения расплава

Принцип сплошности заключается в том, что для несжимаемой жидкости – расплавленного металла – в условиях непроницаемых стенок литниковой системы объемная скорость потока Q остается постоянной. Это значит, что для любых двух точек литниковой системы 1 и 2:

где
А – площадь поперечного сечения литниковой системы;
v – скорость потока расплава по литниковой системе.

Отсюда следует, что для ускорения потока жидкого металла площадь поперечного сечения каналов литниковой системы по ходу потока должна уменьшаться.

Характеристики течения расплава

При конструировании литниковой системы очень важно учитывать характеристики течения расплавленного металла, от которых зависит, будет это течение ламинарным, турбулентным или смешанным.

Ламинарное течение расплава

При ламинарном течении жидкость движется слоями, которые не пересекаются. При этом ламинарное течение необязательно является прямолинейным. При ламинарном течении течение идет вдоль криволинейных поверхностей и идет гладко, слоями. Более того, слои жидкости могут скользить относительно друг друга без какого-либо обмена жидкостью между слоями.

Турбулентное течение расплава

В турбулентном течении на главное течение накладываются вторичные случайные движения. В этом типе течения уже происходит обмен жидкостью между смежными слоями жидкости. Кроме того, в таком течении происходит обмен энергией между медленными и быстрыми частицами жидкости: медленные частицы ускоряются, быстрые – замедляются.

Число Рейнольдса для металлического расплава

Тип течения – ламинарный или турбулентный – определяется величиной отношения внутренних инерционных силы в жидкости к ее внутренним вязким силам. Это отношение выражается в виде безразмерного числа Рейнольдса (Re), которое можно упрощенно записать следующим образом:

Re = (инерционные силы)/(вязкие силы)

Вязкие силы возникают из-за внутреннего трения в жидкости. Зависят от динамической вязкости жидкости. Снижаются с увеличением температуры.

Инерционные силы представляют сопротивление жидкости ускорению. Увеличиваются с повышением плотности жидкости и скорости течения.

В течении с малым числом Рейнольдса инерционные силы являются пренебрежимо малыми по сравнению с вязкими силами, тогда как при большом числе Рейнольдса вязкие силы являются малыми по сравнению с инерционными силами. Для малых чисел Рейнольдса характерно ламинарное течение, а для больших – турбулентное.

Читайте также  Как изготовить форму для литья из алюминия

Источник: Vukota Boljanovic, Metal Shaping Processes, 2010

РАСЧЕТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

Одним из важнейших условий получения качественной отливки является правильное устройство литниковой системы.

Правильно построенная литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям:

— обеспечивать хорошее заполнение формы металлом и питание отливки в процессе ее затвердевания;

— способствовать получению отливок с точными размерами, без поверхностных дефектов;

— расход металла на литниковую систему должен быть минимальным;

— способствовать направленному затвердеванию отливки;

— обеспечивать удобство формовки и легко отделяться от отливки.

Исходя из предварительной компоновки отливок в форме, располагаем две отливки горизонтально с подводом питания в торец.

Расчет литниково-питающей системы осуществляем по методу Озанна-Диттерта [2]. Для сужающихся литниковых систем, площадь наименьшего сечения Fn находят по формуле:

, (4.1)

где G – масса отливки с литниковой системой, кг;

ρ – плотность заливаемого расплава, кг/м 3 ;

τ – продолжительность заливки формы, с;

μ – коэффициент расхода расплава, учитывающий потери на трение, повороты в литниковой системе;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;

Нр – расчетный статический напор, м.

Значение коэффициента расхода литниковой системы (μ) определяют по справочным таблицам. Для чугуна при заливке в сырую форму применяют μ = 0,35 – 0,50; в сухую – 0,41 – 0,60.

Для расчета принимаем следующие данные: G = 175 кг (с учётом припусков и уклонов); ρ = 7100 кг/м 3 ; μ = 0,4; g = 9,8 м/с 2 .

Продолжительность заливки формы (τ) определяют по формулам, полученным в результате обобщения опыта работы различных литейных цехов. Для сложных по конфигурации, тонкостенных отливок массой до 500 кг время заливки рекомендуется определять по формуле:

, (4.2)

где S — коэффициент, зависящий от толщины стенки отливки; при толщине стенок 2,5 – 3,5; 3,5 – 6,0 и 8 – 15 мм соответственно равен 1,66, 1,85 и 2,2.

По формуле (4.2) определяем время заливки:

с.

Расчетный статический напор Нр зависит от типа литниковой системы, положения отливки в форме, способа заливки и других факторов и определяется из соотношения:

, (4.3)

где Н — высота стояка от уровня металла в литниковой воронке или чаше до места подвода металла в форму, м;

Р — расстояние от верхней точки отливки до уровня подвода расплава в форму, м;

С – высота отливки в форме, м.

По формуле (4.3) определяем статический напор Нр:

м.

По формуле (4.1) рассчитываем площадь сечения питателя (Fп):

м 2 ;

м 2 .

Площади сечений других элементов литниковой системы для отливок из серого чугуна рассчитываем из соотношения:

где Fшл — площадь сечения шлакоуловителя;

Fст — площадь сечения стояка в самом узком месте.

Определяем площади сечения шлакоуловителей и стояка для двух отливок из соотношения (4.4):

Находим массу питателей и шлакоуловителей:

Массовый расход металла можно определить из выражения:

, (4.5)

где G – масса отливок в форме, кг;

τ – продолжительность заливки, с.

Продолжительность заливки (τ) определяется по формуле (4.2).

По формуле (4.5) определяем массовый расход металла mτ ср.:

По значению mτ нач. выбираем номер и размеры литниковой воронки, при массовых расходах до 10 кг/с применяют формованные литниковые чаши (рисунок 1.3), номер и размеры которых определяем по номограмме (рисунок 1.2, б) и таблицы 1.5 [2]: Чаша № 3: dст.в.= 40 мм, масса металла в чаше = 21,5 кг, a = 240 мм, b = 140 мм, c = 80 мм, e = 40 мм, f = 8 мм, g = 24 мм, g´ = 16 мм H = 130 мм, i = 5 мм, k = 32 мм, k´ = 24 мм, l = 32 мм, m = 45 мм, Rbx = 10 мм, p = 56 мм.

На рисунке 4.1 представлен эскиз формованной литниковой чаши-нарощалки, обеспечивающей расход металла до 10 кг/с.

Рисунок 4.1 – Эскиз формованной литниковой чаши-нарощалки, обеспечивающей расход металла до 10 кг/с

Высота стояка Нст = 300 мм. По ГОСТ 3212-92 определяем величину уклона – 20´ и 3,65 мм, тогда нижний диаметр стояка dн = 40 + 7,3 = 47,3 мм.

Определяем массу стояка:

Масса литниковой чашы-нарощалки известна из таблицы 1.6 [1]: 21,5 кг.

Таким образом, масса литниковой системы будет равна:

Определив массу литниковой системы, по формуле (4.2) уточняем время заливки, а по формуле (4.1) – площадь сечения питателя.

Уточняем площади сечений шлакоуловителя и стояка:

Уточняем массу питателя и шлакоуловителя:

По формуле (4,5) уточняем массовый расход металла mτ ср.:

Номер литниковой воронки не изменился, следовательно, не изменилась и масса стояка и литниковой воронки.

Таким образом, уточнённая масса литниковой системы будет равна:

%, что меньше чем 3 %.

На основании полученных результатов: расчета литниково-питающей системы, определения припусков на механическую обработку и других литейно-модельных указаний, а также исходя из выбранной технологии изготовления отливки «Стакан» с использованием пакета SolidWorks 2012, были построены 3D модели отливок с литноково-питающей системой формы в сборе (рисунок 4.2), которые необходимы для выполнения моделирования литейных процессов.

Расчет литниковых систем. Размеры элементов литниковых систем. Удельная скорость заливки.

Расчет литниковых систем основан на применении уравнений гидравлики для идеальных жидкостей, текущих в газонепроницаемых каналах. Так как жидкий металл не является идеальной жидкостью, а форма газопроницаема, дополнительно используют опытно-экспериментальные данные.

Примерный расчет литниковой системы для чугунных отливок различных весовых групп выполняют в такой последовательности:

1. Определяют время заполнения полости формы расплавом

где τ — продолжительность заливки, с; δ — средняя толщина стенки, мм; G—масса отливки, кг.

2. Вычисляют средний секундный расход металла в литниковой системе, кг/с G с.р = G/τ.

3. Находят секундный расход с учетом истечения металла под затопленный уровень, кг/с G c.н = G с.р /k где k — поправочный коэффициент на начальный расход металла (выбирают по диаграмме, рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма для определения поправочного коэффициента на начальный расход металла:

Р—высота отливки над разъемом формы;

4. Определяют площадь наименьшего сечения элемента литниковой системы

где γ — плотность металла, г/см 3 ;

μ — коэффициент сопротивления литниковой системы и формы, равный 0,2—0,5 (при установке сетки или дросселя μ=0,2—0,3; в остальных случаях μ=0,4—0,5);

Н — напор, см (расстояние от места подвода расплава до его уровня в литниковой чаше); Н=Н о +Н 2 , где Н о — высота опоки над разъемом литейной формы, см; Н 2 — высота уровня металла в литниковой чаше, см;

5. Объем литниковой чаши определяют из расчета 2—6-кратного секундного расхода металла (G с.н ).

6. Площадь сечения стояка находят из условия запирания литниковой системы лимитирующим сечением F ст.в = ∑F л ,

где F ст.в площадь верхнего сечения стояка, см 2 ;

F л — площадь лимитирующего сечения, см 2 .

Площадь нижнего сечения стояка должна быть не меньше, суммарной площади лимитирующего сечения F ст.н =>∑Fл.

7. Для выполнения запертой литниковой системы необходимо, чтобы отношение F пит : F шл : F ст было равно 1,0 : 1,1 : 1,2. При расчете шлакоуловителей, которые используют не только для отделения шлака, но и для подвода расплава, подпитывающего массивные элементы отливки, отношение элементов литниковой системы может быть равно 1,0: (1,3÷1,5) : 1,2.

Читайте также  Припой для сварки алюминия аргоном

При изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов преимущественно используют расширяющиеся литниковые системы, обеспечивающие минимальные линейные скорости расплава на выходе из питателей. Соотношение элементов литниковой системы в этом случае принимают равным (3÷6) : (1,5÷ 3,0) : 1. Для предотвращения подсоса воздуха и лучшей заполняемости при заливке высоких форм применяют по возможности многоярусные и щелевые литниковые системы.

13. Удельная скорость заливки, кг/см 2 • с

Примечание: Значение скорости заливки приведены для сырых форм; для сухих форм их увеличивают в 1,3 раза.

Для проверки расчетов в табл. 13, 14 приведены ориентировочные значения удельной скорости заливки отливок из различных сплавов и размеры элементов литниковой системы для чугунных отливок. Правильность расчета литниковой системы проверяется сопоставлением фактической скорости заливки с удельной скоростью. При их несоответствии проводится корректировка сечений элементов литниковой системы.

14. Ориентировочные размеры элементов литниковых систем

Примечание. Для корпусных отливок с развитой поверхностью охлаждения и с массивными частями применяют ускоренную заливку; критерием нормальной и ускоренной заливки является секундный расход металла, который при ускоренной заливке в 3—4 раза превышает расчетные величины.

О производстве литья

Сбор сематического ядра для ващего сайта

Свежие записи

  • Что это такое пескоструйная обработка металла
  • Сплавы на основе алюминия
  • 3д модели
  • Кокиль
  • Применяемое оборудование для литья алюминия
  • Общие требования по технике безопасности и охране труда

Популярные статьи

Июнь 2021

Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27
28 29 30

Расчет и конструирование литниковой системы для ЛГМ

При ЛГМ к литниковым системам наряду с общепринятыми требованиями.

При изготовлении отливок традиционными способами литья предъявляются дополнительные требования. Которые обусловлены особенностями данной технологии.

Правила ЛГМ

Одним из основных правил заливки формы металлом при ЛГМ является условие создания плоского фронта взаимодействия металла с моделью. Способствующего постепенному замещению ее расплавом.

Эти условия можно выполнить только при сифонном рассредоточенном подводе металла в полость формы. Это условие необходимо соблюдать при получении отливок в форме из песка. А также при производстве среднего и крупного литья из железоуглеродистых и медных сплавов.

При получении мелких и тонкостенных отливок из этих сплавов массой до 1 кг возможно применение любого способа подвода металла. При изготовлении отливок из алюминиевых сплавов возможно применение различных вариантов литниковой системы с подводом металла сифонным, в разъем, сверху или в два яруса и более.

При температуре заливки таких сплавов термодеструкция модели идет в основном с выделением жидкой фазы и процесс вытеснения модели металлом происходит в режиме замещения.

Их традиционных требований к проектированию литниковой системы необходимо выделить два требования, которые имеют важное значение при ЛГМ.

При конструировании литниковой системы необходимо обеспечить отсутствие разряжения в ее элементах при заливке формы металлом.

Процесс горения пенополистирола в полости литейной формы нежелателен, т.к. при этом значительно увеличивается выделение газообразных продуктов и сажистого углерода.

Это приводит к появлению газовых раковин в отливках, а при литье стали – и к увеличению объемного науглероживания металла. При применении стояка из пенополистирола в формах из песка разряжение в стояке приводит к разрушению формы в зоне стояка и образованию песочных раковин в отливке. Или полному обвалу формы в этой зоне и браку отливки.

Другим важным фактором является обеспечение оптимальной скорости заливки формы металлом. Нарушение этого режима приводит к снижению качества отливки, особенно из черных сплавов.

При ЛГМ кроме оптимальной существует максимально допустимые скорости заливки формы металлом. При превышении которых получение качественной отливки как из черных, так и из цветных сплавов практически невозможно.

Расчет элементов литниковой системы

Литниковой системой называется система каналов, по которым металл заполняет форму. Основными элементами литниковой системы являются (см. рис. 9): 1 – литниковая чаша, 2 – стояк, 3 – шлакоуловитель, 4 — питатель, 5 — выпор.

Рис. 9. Элементы литниковой системы (на примере фланца чугунного):

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

У отливок значительной массы к литниковой системе может относится также и прибыль – дополнительная полость, устраиваемая над массивными частями отливки для их питания. Прибыль позволяет избежать усадочных раковин.

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

Площадь наименьшего сечения Fнс находят по формуле:

где Q – масса металла, прошедшего через минимальное сечение;

τ– продолжительность заливки, с;

ρ – плотность металла (см. табл. П1, приложение 2), кг/м 3 ;

μ– коэффициент расхода литниковой системы, учитывающий потери на трение, для тонкостенного сложного литья μ = 0,35;

Hр – расчетный напор, м;

g – ускорение силы тяжести, g=9,81 м/с 2 .

Для расчета массы металла Q, необходимо вычислить объем полости литейной формы Vп, который, в первом приближении, можно принять равным объему модели отливки Vо. Рассчитать объем модели можно с помощью табл. П2 справочного приложения 2. Массу металла Q определяют по формуле:

Продолжительность заливки формы τ определяют по формуле:

где δ – преобладающая толщина стенок отливки, мм;

S– коэффициент, зависящий от толщины стенки и конфигурации отливки: для чугуна S=1,8; для стали – S=1,5; для медных сплавов – S=2,0; для алюминиевых сплавов — S=2,5.

Напор Hp зависит от способа заливки литниковой системы, положения отливки в форме и других факторов. В наших случаях при подводе метал­ла по разъему Hp рассчитывают по формуле:

где H – первоначальный максимальный напор (см. рис. 10), м;

Р– расстояние от самой верхней точки отливки до уровня подвода, м;

С – высота отливки (по положению при заливке), м;

Рис. 10. Схема расчета литниковой системы:

H – первоначальный максимальный напор, м;

Р – расстояние от самой верхней точки отливки до уровня подвода, м;

С – высота отливки, м

По площади наименьшего сечения Fнс рассчитывают площади сечения остальных элементов литниковой системы по соотношениям:

1) для чугунных отливок

Fпит. : Fшл. : Fст. = 1,0 : 1,1 : 1,2;

2) для отливок из медных сплавов

Fпит. : Fшл. : Fст. = 4,0 : 2,0 : 1,0;

3) для отливок из алюминиевых сплавов

Fпит. : Fшл. : Fст. = 5,0 : 2,5 : 1,0.

4) для остальных отливок

Fпит. : Fшл. : Fст. = 1,0 : 1,2 : 1,4;