Литниковые системы для стальных отливок.

В отличие от серого чугуна сталь имеет плохие литейные свойства. Усадка углеродистой стали приближается к 2%, а легированной — еще больше. Сталь плохо заполняет литейную форму, с понижением температуры быстро теряет жидкотекучесть, становится вязкой, имеет склонность к трещинообразованию. Все это необходимо учитывать при проектировании литниковой системы для стальных отливок.

Исходя из изложенного выше к литниковой системе для стальных отливок предъявляют следующие требования:

- протяженность литниковых каналов должна быть минимальная с наименьшей поверхностью охлаждения;

- расплав должен быть подведен в такие места, нагрев которых способствовал бы направленному затвердеванию отливки;

- необходимы рассредоточенная установка питателей в тонких частях отливки и усиленное охлаждение толстых частей;

- заливку формы расплавом следует осуществлять через заполненные каналы;

- литниковые каналы должны быть расположены на достаточном расстоянии от знаков стержней, стенок отливки и опоки.

Питатели следует подводить к отливкам следующим образом:

- к мелким и средним — по разъему формы, а также сверху с падением расплава (рис. 122, а, в);

- к средним и невысоким — снизу (рис. 122, 6);

- к крупным — комбинированно (рис. 122, г), т. е. питатели располагают на разной высоте. В этом случае заливку формы начинают через нижние питатели, а заканчивают через верхние. Это обеспечивает направленную кристаллизацию отливки снизу вверх.

При подводе расплава в полость формы крупных и средних размеров необходимо, чтобы первые порции его подавались сифоном, последующие — под затопленный уровень.

Литниковая система для стальных отливок, как и для ковкого чугуна, не должна создавать дополнительного торможения усадки и увеличивать внутренние напряжения в отливках.

Важно правильно выбрать место подвода расплава к форме. В тонкостенные стальные отливки расплав всегда подводят рассредоточено, через большое число питателей, иногда расположенных со всех сторон отливки, чтобы форма хорошо заполнилась без больших местных перегревов. В некоторых случаях целесообразно подвести расплав к тонкому месту, стремясь выровнять скорость охлаждения между тонкими и толстыми местами. Но в большинстве случаев на отливках с разной толщиной стенок такой подвод расплава не дает хороших результатов. Поэтому чаще питатели подводят к толстому месту под прибыль или заливают расплав непосредственно в прибыль. Последний способ широко применяют для различных колес, шкивов, маховиков.

Рис. 122 Способы подвода расплава к отливке

Продолжительность заливки формы можно определить по формуле Г. М. Дубицкого:

(20)

где

s — коэффициент, равный 1, 4—1,6;

для отливок, склонных к образованию внутренних напряжений, трещин и усадочных раковин, значение s увеличивают на 0,1—0,2;

δ — средняя толщина стенок отливки, мм;

G — масса отливки с питателями и прибылями, кг.

Отливки, изготовляемые с большим числом холодильников, следует заливать быстрее, и значение s для них уменьшают на 0,1—0,2.

Вычисленное по формуле (20) время Г. Н. Дубицкий рекомендует проверить по соотношению

v = H/t, (21)

где

H — высота отливки, см;

t—продолжительность заливки, с.

При толщине стенок δ = 7—10мм скорость v ≥ 20 м/с;

при толщине стенок δ = 10…40мм скорость v=10мм/с;

при толщине стенок δ = 40 мм скорость v = 8мм/с.

Суммарное сечение питателей для стальных отливок определяют по формуле

(22)

где

G — масса расплава, входящего в форму через литниковую систему, кг;

t — продолжительность заливки, с;

L — коэффициент поправки на жидкотекучесть стали; для углеродистой стали L = 0, 85, для низколегированной L=1, 0, для легированной L=1, 15;

K_у— удельная скорость заливки кг/(см² с); она зависит от относительной плотности отливки Kv (K_V=G/V, где V — габаритный объем отливки):

В числителе приведены значения K_у, принимаемые при литье в сырые формы, а в знаменателе — тоже, при литье в сухие формы.

Площадь сечения остальных элементов литниковой системы определяют по принятому соотношению

Литниковые системы для отливок из медных сплавов.

Литниковые системы для отливок из медных сплавов должны удовлетворять следующим требованиям:

- поступление расплава в полость формы должно быть спокойным, без всплесков и разбрызгивания;

- разность температур различных точек отливки должна быть минимальной;

- форма должна хорошо заполняться расплавом;

- газ, образующийся на границе расплав — форма, не должен проникать в отливку.

Такие требования вызваны повышенной усадкой медных сплавов, высокой окисляемостью, склонностью к образованию оксидных плен, которые попадают в отливки. Выполнение этих требований возможно при правильном назначении места подвода расплава и оптимальной скорости заполнения им формы.

Различают линейную скорость заполнения (м/с) и массовую (кг/с). Плавное поступление расплава в форму обеспечивается малой линейной скоростью в период, когда отверстие питателя не перекрывается уровнем расплава в полости формы. Как только расплав начнет поступать под затопленный уровень, линейная скорость заливки может быть значительно увеличена без опасения разбрызгивания расплава. Равномерность температур в разных точках отливки, хорошее заполнение формы и невозможность проникновения газа в металл обеспечиваются высокими линейной и массовой скоростями заполнения полости формы расплавом.

Для медных сплавов применяют как открытые (незаполненные), так и закрытые (заполненные) литниковые системы. Незаполненные литниковые системы обеспечивают наиболее спокойное заполнение полости формы, поэтому их рекомендуется использовать при литье легко окисляющихся сплавов, образующих прочные оксидные плены. При литье сплавов, образующих непрочные оксидные плены, можно применять закрытые литниковые системы. Рекомендуется принимать следующие соотношения между элементами системы для отливок:

из бронзы

из латуни

Площадь поперечного сечения питателей определяют по формуле (16)

в которой значение μ,принимают:

· для тонкостенных сложных отливок 0, 3—0, 4,

· для толстостенных крупных отливок 0, 7—0, 8.

Продолжительность заполнения формы t рекомендуется определять по формуле (20):

Для отливок из бронзы при незаполненной литниковой системе s= 2-2,1, если число отливок не более четырех и s =2,5-2,8, если число отливок более четырех. Для отливок из латуни при заполненной литниковой системе s = 1,9.

Для крупных отливок из бронзы F_пит подсчитывается по удельной массовой скорости заливки:

(23)

Коэффициент s зависит от толщины δ стенки отливки:

Удельную массовую скорость заливки K_у [кг/(см² с)] принимают в зависимости от относительной плотности отливки Kv (кг/дм³); для оловянных бронз она составляет:

Для алюминиевых бронз значение Ку следует брать меньше на 0, 05.

При выборе места подвода литниковой системы необходимо обеспечить не только плавное заполнение формы расплавом, но и направленное затвердевание отливки. Желательно, чтобы затвердевание происходило снизу вверх, так как в этом случае образующиеся усадочные пустоты будут заполняться расплавом выше лежащих слоев. Заканчиваться затвердевание должно в прибылях и питающих выпорах.

· Для простых отливок (типа втулок) из оловянистой бронзы обычно применяют дождевые литниковые системы (рис. 123, а, б) или системы с подводом расплава сверху (рис. )123, в, г).

· Если имеются массивные части (например, фланцы, см. рис. 123, а, б), расположенные в нижней части формы, на них устанавливают холодильник 1, а в верхней части формы — прибыли.

· На рис. 123, д показана этажная литниковая система. Для коротких втулок следует применять верхний подвод расплава и на массивных фланцах ставить прибыли (рис. 123, е).

· При горизонтальном расположении втулок расплав можно подводить двумя способами (рис. 123, ж).

· В фасонных отливках (рис. 123, з) при вертикальном и горизонтальном расположении в форме на массивные части следует устанавливать прибыль 2 с питателем 3.

· Для отливки тройников (рис. 123, и), чтобы устранить удар расплава о стержень, питатели располагают под углом, обратным направлению движения расплава. Аналогично подводят расплав и при вертикальной заливке тех же отливок (рис. 123, к).

· Для отливок из кремнистой бронзы и марганцевой латуни питатели обычно подводят в прибыль.

Рис. 123. Литниковые системы для литья оловянных бронз.