Выбор того или другого типа литниковой системы зависит от многих факторов, главными из которых являются: положение отливки в форме и наличие разъема формы; габаритные размеры и конфигурация отливки; предъявляемые к отливке требования (ответственная или неответственная отливка); свойства сплава; возможности питания отливки прибылями; удобство отделения питателей от затвердевшей отливки.

Верхняя литниковая система

Верхняя литниковая система (рис. 1, а) обеспечивает хорошую заполняемость при кратчайшем пути металла до формы, создает наиболее благоприятные условия для последовательной направленной кристаллизации отливки снизу к прибылям, не вызывает развития местных перегревов формы и связанных с этим дефектов. Она наиболее проста по выполнению, легко удаляется при обрубке литья и требует наименьшего по сравнению с другими типами литниковых систем расхода металла за счет уменьшения размеров прибылей. Основной недостаток этого типа систем - каскадный сброс расплава в форму, приводящий к его интенсивному перемешиванию и окислению, захвату воздуха, образованию пены и ее замешиванию внутрь отливки. При верхней литниковой системе ухудшаются также условия задержания шлака в коллекторе, так как питатели большую часть времени заливки не могут работать под затопленный уровень. Кроме того, верхняя литниковая система создает опасность размыва формы и стержней падающим с большой высоты потоком металла.

Рис. 1. Типы литниковых систем: а - верхняя; б - нижняя; в - боковая (по разъему); г - вертикально-щелевая; д и е - ярусные соответственно с горизонтально и вертикально расположенными питателями; ж - комбинированная; 1 - чаша; 2 - стояк; 3 - зумпф; 4 - металлоприемник (промежуточный канал); 5 - коллектор; 6 - питатель горизонтальный; 7 - отливка; 8 - прибыли; 9 - колодец (обратный стояк); 10 - вертикальная щель; 11 - шлакосборник над коллектором; 12 - шлакосборник над питателем - питающая бобышка; 13 - питатель вертикальный; 14 - выпор

Отмеченные недостатки верхней литниковой системы в значительной мере могут быть устранены при заливке форм в наклонном положении или при выполнении заливки с кантовкой. Поэтому верхнюю литниковую систему часто применяют для отливок с высотой до 100 мм, а также при литье мелких деталей в кокиль, кантовку которого обеспечивать значительно проще, чем кантовку песчаной формы.

Нижняя литниковая система

Нижняя литниковая система (рис. 1, б) в наибольшей степени обеспечивает спокойное заполнение формы расплавом, исключающее его вспенивание, разбрызгивание и окисление, хорошо задерживает неметаллические включения, находящиеся в расплаве до его поступления в форму, способствует удовлетворительной заполняемости и последовательному вытеснению воздуха и газов из полости формы. Нижняя литниковая система легко удаляется при обрубке, а расход металла на нее меньше, чем на вертикально-щелевую систему.

Однако при такой литниковой системе из-за перегрева нижних слоев формы могут нарушиться тепловой режим охлаждающейся отливки и, следовательно, самый ход последовательной направленной кристаллизации, что может привести к образованию усадочных раковин и рыхлот. Чтобы избежать образования этих дефектов, применяют холодильники, устанавливают прибыли увеличенных размеров или доливают их горячим металлом. Но этих мер может оказаться недостаточно при литье сплавов с широким температурным интервалом кристаллизации, склонных к образованию рассеянной усадочной пористости. Кроме того, при нижней литниковой системе трудно обеспечить заполняемость тонкостенных высоких отливок с развитой поверхностью. Поэтому при h отл /δ отл > 50 (где h отл - высота отливки без прибылей; δ отл - средняя толщина стенки) для обеспечения заполняемости формы применяют вертикально-щелевую или комбинированную систему. Такой тип литниковой системы в наибольшей степени отвечает требованиям, предъявляемым к литниковым системам, и поэтому получил наибольшее распространение для литья цветных сплавов.

Боковая литниковая система

Боковая литниковая система (рис. 1, в) обеспечивает заполнение нижней части отливки сверху, а верхней части - снизу. Преимущество системы - удобство выполнения в форме.

Вертикально-щелевая литниковая система

Вертикально-щелевая литниковая система (рис. 1, г) наряду со спокойным вводом расплава в форму обеспечивает хорошую заполняемость форм тонкостенных отливок, задерживает неметаллические включения при отшлаковывании в коллекторе и вертикальном колодце, создает благоприятные условия для последовательной, Направленной снизу вверх кристаллизации отливок, обеспечивая подачу Горячего металла в верхние слои отливки и прибыль. Таким образом, этот тип литниковой системы обеспечивает лучший тепловой режим и лучшую заполняемость тонкостенных высоких отливок, чем нижняя литниковая система.

К недостаткам вертикально-щелевой системы относятся: возможность вспенивания сплава в начальный момент заполнения формы и опасность возникновения местных перегревов формы в области, прилегающей к вертикальным щелям, приводящих к образованию дефектов усадочного характера, а также сложность ее выполнения в форме и удаления при обрубке.

Вертикально-щелевая литниковая система наиболее эффективна при литье высоких тонкостенных (h отл /δ отл > 50) отливок цилиндрической и коробчатой форм, а также при литье мелких и средних отливок в кокили, наклоняемые для устранения опасности вспенивания расплава в начальной стадии заполнения.

Ярусная литниковая система

Ярусная литниковая система (рис. 1, д и е) создает благоприятные условия для заполнения формы и кристаллизации отливки, так как наиболее горячие порции расплава поступают в верхнюю часть, а последовательная заливка снизу способствует спокойному заполнению и вытеснению воздуха. Недостаток этой системы - сложность ее изготовления, так как в этом случае необходимы несколько горизонтальных разъемов формы. Преимущественное применение ярусной системы - при литье в кокили с вертикальным разъемом. Кроме того, может использоваться при литье крупных высоких и тонкостенных отливок в песчаные формы.

Комбинированная литниковая система

Комбинированная литниковая система (рис. 1, ж), в которой сочетаются несколько типов систем, например, нижняя система с вертикально-щелевой обладает преимуществами этих систем. В этом случае форма спокойно заполняется расплавом, рационально распределяется температура по сечению отливки и тем самым обеспечивается ее последовательная кристаллизация. Эту систему применяют преимущественно для заливки крупногабаритных отливок сложной конфигурации в песчаных формах, особенно в тех случаях, когда площади горизонтальных сечений отливки резко меняются с ее высотой. Недостаток комбинированной системы - сложность выполнения и удаления ее при обрубке, а также повышенный расход металла.

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 . Эта литейная форма иллюстрирует основные принципы процесса заливки расплавленного металла, в том числе, литейных алюминиевых сплавов.

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:

Q = A 1 v 1 = A 2 v 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.

Устройство литниковых систем.

Устройство литниковых систем. Система каналов, обеспечивающая подвод расплава в полость формы, питание отливки в процессе кристаллизации и улавливание шлака и песочных включений, называется литниковой системой. После выбивки форм литниковая система отделяется от отливки и поступает на переплавку.

Рис. 97. Элементы литниковой системы

На рис. 97 изображены элементы литниковой системы, состоящей из литниковой чаши 1, стояка 2, шлакоуловителя 3 и питателей 4.

Литниковая чаша , имеющая форму воронки, предназначается для удобства заливки расплава в форму и частичного удержания шлака. Литниковые чаши бывают различной конструкции. Они изготовляются либо в виде отдельных стержней, либо заформовываются в металлической рамке.

Рис. 98. Конструкция литниковых систем :

1 - литниковая чаша, 2 - стояк, 3 - выпор, 4 - выпорная чаша, 5 - перегородка, 6 - ручки, 7 - металлический корпус, 8 - питатель, 9 - шлакоуловитель

На рис. 98 изображены наиболее распространенные виды литниковых чаш .

Чаши для мелких форм выполняются в верхней полуформе в виде воронки 1 (рис. 98, а) и в виде чаши с порошком (рис. 98, б), который при течении расплава способствует всплыванию шлака.

Чаши для среднего литья изготовляются отдельно в виде стержней 1 (рис. 98, в и г), устанавливаемых на форму при сборке. Такие чаши более емки и удобны при заливке. В дне чаш для среднего литья делают несколько мелких отверстий (диаметром 5—8 мм), играющих роль фильтровальной сетки и способствующих удержанию шлака.

Чаши для крупного литья (рис. 98, г) формуются в металлической рамке 7, а для удобства установки их на форму при сборке в рамке предусматриваются ручки 6. В конструкции такой чаши имеется специальная перегородка 5. При заполнении расплавом левой полости чаши 1 шлак, располагаясь сверху расплава, удерживается перегородкой от попадания внутрь сифонного стояка 2.

Стояк 2 (см. рис. 98) представляет собой вертикальный канал круглого сечения, соединяющий литниковую чашу и шлакоуловитель. Стояк формуется в верхней полуформе с помощью модели стояка. Модель стояка имеет форму конуса, расширяющегося к чаше. Делается это для облегчения извлечения модели из формы. Иногда стояк вырезается в верхней полуформе полой стальной трубкой.

У форм с вертикальной заливкой стояк формуется на плоскости разъема верхней и нижней полуформ. После сборки и кантования их на 90° вертикальный канал соединяет чашу и шлакоуловитель.

Шлакоуловитель 9 представляет собой горизонтальный канал трапецеидального сечения, выполняемый обычно в верхней полуформе. Назначение шлакоуловителя — задерживать шлак, попавший из литниковой чаши, и облегчать подвод расплава к отливке. При ручной формовке шлакоуловитель прорезается вручную, при машинной —выполняется в форме по модели, закрепленной на модельной плите.

Питатели 8 — тонкие и короткие каналы, соединяющие шлакоуловитель с литейной полостью формы. Питатели имеют различную форму поперечного сечения: трапецеидальную, прямоугольную, полукруглую и т. п. При машинной формовке модели питателей закрепляются на подмодельной плите нижней или верхней полуформы.

Конструкции литниковых систем подразделяются на вертикальные и горизонтальные со свободным падением расплава и с падением его по ломаной линии.

Литниковая система со свободным падением расплава состоит из литниковой чаши и стояка (см. рис. 98, а).

Литниковые системы с падением расплава по ломаной линии подразделяются на три подгруппы: у первой подгруппы расплав вводится через разъем в полость формы сверху (см. рис. 98, б), у второй расплав вводится через разъем формы преимущественно на половину высоты отливки (см. рис. 98, в), у третьей подгруппы расплав подводится в полость формы снизу сифоном (см. рис. 98, а). При изготовлении мелкого и среднего литья широкое применение нашла горизонтальная дроссельная литниковая система. Основным элементом дроссельной литниковой системы является дроссель — узкий щелевидный канал, соединяющий стояк и полость формы, регулирующий торможением расход расплава и обеспечивающий плавное поступление его в форму с хорошей очисткой от посторонних примесей.

Рис. 99. Дождевая литниковая система

Дождевая литниковая система (рис. 99) состоит из литниковой чаши 7, стояка 2, кольцевого шлакоуловителя 5, нижняя часть которого соединяется с литейной полостью отливки 4 большим количеством мелких вертикальных каналов — питателей 3. После заполнения шлакоуловителя расплав отдельными струйками стекает в полость формы, обеспечивая получение плотных отливок. Такая система применяется для отливки в сухих формах втулок, труб, барабанов и других цилиндрических ответственных отливок.

Ярусная литниковая система (с расположением питателей по высоте стояка) применяется при отливке крупных деталей с неравномерной толщиной стенок. Эта система позволяет хорошо питать отливку горячим расплавом в различных ее частях.

Производство отливок позволяет значительно сократить трудозатраты на обработку деталей, снятие лишнего материала. Литниковая система служит для транспортировки расплава с ковша в форму. Она равномерно заполняет пустоты, гарантирует кристаллизацию металла без образования напряжений. Литниковая система представляет собой сложную конструкцию каналов, регулирующих скорость движения и давление расплава. Она своей конфигурацией способствует всплыванию шлака в прибыль.

При извлечении отливки из формовочной смеси, ЛС выглядит грубо. Создается впечатление лишнего металла вокруг детали. На самом деле через детали литниковой питающей системы в процессе заливки выводится воздух и отделяется шлак, подпитывается металлом усадка при охлаждении. ЛПС регулирует давление для заполнения всех элементов заготовки. В результате правильного расчета, структура полученной отливки плотная и равномерная по всему сечению.

Назначение системы

Транспортировка жидкого расплава без разрушения стенок, равномерное заполнение полости формы с постоянной скоростью считают назначением литниковой системы. Одновременно лабиринт ходов из стояков, питателей и прибылей:

• отделяет шлак от металла;
• не пропускает и отделяет воздух;
• выводит скопившиеся газы;
• регулирует кристаллизацию;
• питает форму при остывании.

Форма деталей литниковой системы препятствуют контакту поверхности остывающей отливки с воздухом, обеспечивает равномерное охлаждение без переходных зон и мест быстрой кристаллизации.

Литейное производство включает в себя создание контуров изготавливаемых деталей с необходимыми технологическими уклонами и допусками на обработку. После этого в прессформах делается система питания – ЛПС. Она рассчитывается с учетом равномерного заполнения всей пустоты исходя из формы будущей детали и толщины ее стенок.

Расположение и тип литниковой системы подбирается исходя из конфигурации заготовки, ее размеров. Металл должен заполнить все пространство равномерно, с одинаковой скоростью, не разрушив внутренние стенки прессформы.

Основные элементы

Литниковая система представляет собой сложную конструкцию с несколькими элементами. Каждая деталь выполняет свою роль и убрать ее невозможно.

К элементам литниковой системы относятся:

• наружный конус;
• вертикальный конический стояк;
• питатель;
• литник.

Жидкий металл попадает с ковша в чашу – конусообразную перевернутую воронку. В широкую наружную часть конуса попасть струей жидкого металла проще, чем в узкий канал. Одновременно воздух, сопровождающий струю, выдавливается вверх и внутрь не попадает. Литниковая чаша применяется во всех конструкциях заливных систем. Размер конуса выбирается по размерам отливки, ее весу. Наружным конусом регулируется скорость движения расплава по литниковой системе и время заливки.

Тяжелая жидкость устремляется вниз по узкому стояку, уменьшая скорость движения. Независимо от направления конуса, сечение стояка значительно меньше, чем воронки.

Под стояком имеется небольшое конусное расширение и углубление – зумпф, предотвращающий разбрызгивание. В нем собирается жидкий металл и гасит энергию струи по аналогии водоема под водопадом. Если струя будет падать на твердую поверхность формы, то она ее разобьет. Мелкие брызги быстро застынут, образовав раковины и несплошности в общей массе материала.

С зумпфа жидкость течет снизу вверх, перетекая в литниковый ход и подталкивая шлаки к всплытию. Это позволяет сократить длину ходов, рационально использовать металл.

Литниковые хода всегда делаются в плоскости разъема. Они имеют трапецеидальное сечение и делят общий поток на несколько, распределяя его по питателям равномерно, по всей длине.

В ЛПС питатели последние из ее элементов. Они распределены по всей площади разъема и равномерно заполняют пустоту будущей отливки.

Кроме питательной системы в верней части детали устанавливаются: прибыль и выпор. Первая служит для скопления шлака и подпитки усадки. При охлаждении деталь уменьшается в размерах, проседает, и металл с прибыли восполняет уровень. Количество прибылей зависит от конфигурации и площади отливки. Например, заливается маховик. Его ось располагают вертикально. Над ступицей устанавливают одну прибыль, если деталь до 0,5 тонны. При больших размерах конусы для шлака делаются и по ободу.

Через расположенный в верхней части формы выпор наружу выходят газы, которые все же попали внутрь формы и поднялись вверх. Допускается совмещать выпор с центральной прибылью.

После полного охлаждения, деталь выбивают из формы, и производится обрубка – автогеном или отбойным молотком обрезаются все питатели и прибыля. Длина оставшегося участка зависит от марки стали. У высоколегированных сталей он составляет 80–150 мм и окончательно удаляется механообработкой после отжига. Высоколегированные стали и чугун отжигаются вместе с литниковой системой или только прибылями, только после этого производится обрубка. Термообработка делается сразу, после извлечения отливки из смеси, для снятия напряжений и уменьшения твердости.

Методы расчета литниковой системы основаны на быстроте полного заполнения формы. Они определяют в первую очередь сечение питателей, их количество. В основе расчетов гидравлические формулы и высота стояков, создающих давление. Для чугуна и сталей разных сортов соотношение площадей питателей, прибылей и стояков разная, основана на жидкотекучести материала, толщины стенок. Кроме этого в формулу вводят поправочный коэффициент, значение которого зависит от веса отливки.

Типы систем

Тип ЛПС определяется как оптимальный вариант между быстрым и равномерным заполнением формы и минимальными потерями металла в каналах. Используют различные виды систем.

Во многом конструкция зависит от марки материала. Для небольших деталей из цветных металлов и чугуна до 20 кг, производится литье в прессформу под давлением. Принцип ее заключается в заполнении первой части формы жидким металлом, затем быстрое, под высоким давлением, запрессовывание расплава во вторую половину, представляющую собой непосредственно форму детали. Быстрая кристаллизация с помощью системы охлаждения и через несколько секунд отливка извлекается.

Высокая стоимость прессформы до $100 000 и срок изготовления 2–3 месяца делают единичные отливки сказочно дорогими. Рентабельно использовать прессформы под давлением с их производительностью 10–50 отливок в час, в массовом производстве.

Разрушающий метод – литье алюминия в песок по выплавляемым моделям, позволяет выплавлять сложные по конфигурации изделия.

Особенность заключается в создании из воска или другого легкоплавкого материала точной копии детали и помещение ее в песок с одним питательным каналом. Заливка производится вертикально, без потерь на металл в ЛПС. Отличается большим количеством выпоров, через которые выходит газ от сгоревшей модели.

Для изделий из стали и чугуна, весом более 50 кг, в основном используется горизонтальная литниковая система, более удобная конструкция для совмещения с разъемами. Вертикальная конструкция питателей подходит для цветных сплавов и металлов с высокой температурой плавления, которые заливаются. На типы литниковых систем и расчеты влияют характеристики детали:

• масса;
• соотношение длины и ширины;
• толщина стенок;
• сложность конфигурации.

Типы литниковых конструкций различают по направлению заливки: вертикальные для низких деталей с большой площадью, и горизонтальные, если высота отливки больше ширины.

По способу подвода

В ЛПС могут подаваться расплавы на разных уровнях:

• сверху;
• сбоку;
• снизу;
• вертикально по высоте;
• комбинированно в несколько линий.

По способу расположения питателей различают типы ЛПС.

Верхняя

При верхней системе питатели стоят на одном уровне с литниками. Используется такой способ чаще всего для получения тонкостенных отливок из чугуна. Металл заливается сверху. При сложной конфигурации перетекает по нижним перемычкам на другую от чаши и стояка сторону формы. Чтобы заполнение осуществлялось быстро, при тонких перемычках со стороны стояка делается утолщение в форме. При обработке на станке оно удаляется.

Верхняя система литников наиболее простая в исполнении, характеризуется быстрым прямым заполнением формы металлом. Она приводит к равномерной кристаллизации и минимальным расходом материала для заполнения подводящих каналов. При выбивке отливка легко освобождается от формовочной смеси.

Характерным недостатком является каскадный сброс жидкого металла. Это приводит к захвату воздуха и перемешиванию металла со шлаком. В результате активного течения образуется пена. Шлак задерживается в коллекторе, не выходя в литник. Расплав падает в форму с большой высоты и зумпф не спасает от разрушения стенок, дна формы и стержней горячей струей. Образуются брызги.

Недостатки верхней литниковой системы устраняются кантовкой или наклоном формы. Применяется заливка сверху для деталей высотой менее 100 мм.

Для тонкостенных полых деталей применяется дождевая система – разновидность верхней. Питатели устанавливаются по периметру сверху и равномерно заполняют отливку. Кристаллизация происходит снизу вверх, усадка материала компенсируется непосредственно из питателей. Дождевую систему при заливке массивных деталей совмещают с литниками.

Нижняя

Расплавленный металл подается питателями в нижнюю часть формы. Давление создается за счет высоко расположенной чаши и длинных стояков с обратным конусом – заужены к низу. Заполнение формы снизу происходит равномерно, без окисления и вспенивания. Неметаллические включения задерживаются, не попадая в основной металл. Поступая снизу, по литниковым каналам, расплав вытесняет в прибыля воздух, газы, шлак.

Недостаток литниковой конструкции в перегреве нижней части формы и большой усадке при кристаллизации. Особенно заметно это на цветных металлах, их сплавах, чугуне. Усадочные раковины могут опускаться в основное тело детали. в высоколегированных сталях образуются переходные зоны напряжений при перегреве нижней части и быстром охлаждении верхней.

В расчет литниковой системы для алюминия с его высокой теплопроводностью, входит система охлаждения и дополнительный металл для компенсации усадки, увеличенная высота литников и питателей.

Боковая

Удобная в выполнении литниковая система. Ее детали большей частью расположены в плоскости разъема. Расплав заполняет снизу верхнюю часть отливки и сверху перетекает вниз. Стенки не разрушаются, пена не образуется. Заполнение происходит плавно, спокойно по всей ширине пустоты.

Разновидностью боковой заливки является вертикально-щелевая литниковая система, используемая для изготовления деталей большой высоты. В ней питатели расположены сбоку, вдоль оси детали вертикально. Система подходит для отливки с переменным сечением, тонкими стенками и резкими переходами. Расплав вводится спокойно, хорошо заполняет форму. Шлаки и частицы песчаной смеси отделяются в коллекторе. Процесс кристаллизации протекает равномерно, снизу вверх.

Слабым местом вертикально-щелевой конструкции является вспенивание горячей жидкости в начальный момент заливки. В местах рядом с питателями может возникнуть перегрев и усадка металла. Вертикально-щелевую литниковую систему сложно выполнять, выбивать из формы и удалять.

Ярусная

Большие детали заполняются одновременно двумя и больше линиями питателей. Их располагают горизонтально или вертикально в плоскости разъема, увеличив количество секций формы. Металл течет в форму снизу и сверху, равномерно заполняя большой объем. Процесс кристаллизации происходит по всему объему.

Если расположена горизонтально система ярусная, расчет производится с поправочными коэффициентами, учитывающими более быстрое заполнение пустоты через нижние литниковые питатели с большим давлением. Выравнивание скорости движения расплава производится уменьшением сечения нижних питателей.

При ярусной литниковой системе заливки происходит равномерное поступление металла в разных плоскостях. Уменьшается риск создания переходных зон при кристаллизации. Усадка происходит медленно, с восполнением пустот расплавом.

Для высоких деталей питатели располагают в 2 линии вертикально. Металл подается через стояки снизу. Заполнение равномерное и спокойное, без захвата воздуха. Газы и шлак поднимаются вместе с основным металлом вверх, заполняя прибыля.

Комбинированная

Соединение в одну конструкцию нескольких типов литниковых конструкций позволяет компенсировать недостатки одних достоинствами других. Такие системы создаются при отливе деталей с большой массой и сложной конфигурацией в песчаные формы. Если деталь имеет поперечное сечение по краям больше, чем в середине, питатели подводятся к линиям наибольших размеров. В результате происходит заполнение наибольших по массе элементов. Затем заливается середина. Кристаллизация начинается по периметру одновременно во всех частях отливки.

Сложные конфигурации требуют одновременного поступления расплава во все элементы, соединенные тонкими перегородками. Комбинирование литниковых конструкций позволяет поступать металлу одновременно во все места.

Чем меньше деталь по весу, тем проще литниковая система. Для больших отливок с большим количеством переходов устанавливают ярусные и комбинированные системы литниковых ходов. Конструкцию упрощают совмещением ее элементов. Например, выпор и прибыль, заливка через шлакосборники.

Вам также могут быть интересны статьи:

Виды литья металлов и сплавов

Литниковая система

Литниковая система – это система каналов и резервуаров для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, её заполнения и питания отливки при затвердевании.По конструкции и расположению в литейной форме литниковые системы очень разнообразны, но независимо от конструкции такая система должна обеспечивать:

– непрерывную подачу сплава в форму;

– кратчайший путь металла в полости формы, чтобы он не терял температуру;

– спокойное и плавное без завихрений заполнение металлом полости формы, что устраняет размывание формы, а также подсос и замешивание в металл воздуха;

– улавливание шлака и других неметаллических включений для предотвращения попадания их в полость формы с металлом;

– создание направленного затвердевания снизу вверх для питания отливки в процессе кристаллизации жидким металлом с целью не допустить образования усадочных раковин;

– однородность структуры отливки после ее кристаллизации;

– отсутствие препятствия при усадке отливок с целью не допустить образования напряжений и трещин;

– минимальный расход сплава на литниковую систему (включая выпоры и прибыли);

– легкое отделение от отливки в процессе выбивки из формы.

Конструкция литниковой системы должна состоять из стандартных элементов, легко изготовляемых и заменяемых при износе. Нормальная литниковая система, применяемая при подводе питания по разъему, показана на рис. 1. Литниковая чаша (воронка) 1 является приемником, в который жидкий металл поступает из разливочного ковша. При заливке необходимо стремиться быстро заполнять чашу и поддерживать в ней металл на высоком уровне, это обеспечивает задерживание шлака в чаше.

Также для задерживания шлака и неметаллических включений при использовании заливочной воронки между ней и стояком может устанавливаться фильтрующий элемент 2 в виде сетки. Стояк 3 представляет собой вертикальный канал, сужающийся книзу; по этому каналу металл поступает в шлакоуловитель 4 . Шлакоуловитель расположен в верхней полуформе и служит для задерживания шлака, неметаллических включений и подвода металла к питателю 5 , находящемуся в нижней полуформе и подводящему сплав в формообразующую полость литейной формы.

Рис. 1. Литниковая система для подвода металла по разъему формы:

1 – воронка; 2 – фильтрующий элемент; 3 – стояк;

4 – шлакоуловитель; 5 – питатель

Выпоры и прибыли также являются частью литниковой системы. Выпоры служат для удаления газов и неметаллических включений из полости формы в процессе заливки, а также позволяют контролировать окончание процесса заполнения полости формы с помощью наблюдения за подъемом металла в них. Число выпоров зависит от размеров и конфигурации отливок. В случае изготовления мелких и средних отливок можно ограничиться установкой одного выпора, а для крупных отливок ставят два-три выпора и более. Если отливка имеет фасонную поверхность, выпор устанавливают на самый высокий элемент модели, по которой изготавливается верхняя полуформа. Следует избегать установки выпоров на массивных частях отливки, так как это приводит к образованию под выпором усадочной раковины в связи с тем, что относительно тонкий выпор остывает быстрее массивной части и питается за ее счет.

Разновидности литниковых систем

Литниковые системы, в зависимости от формы, размеров отливки и свойств литейного сплава, имеют различное устройство.

1.По способу подвода расплава в рабочую полость формы литниковые системы делят на: верхнюю, сифонную (нижнюю), ярусную, вертикально-щелевую (рис. 34Л).

Рис. 2 Типы литниковых систем

а - верхняя; б – сифонная (нижняя); в – боковая; г - ярусная; д –вертикально- щелевая;

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

Верхняя литниковая система (рис. 2, а).

Достоинствами системы являются: малый расход металла; конструкция проста и легко выполнима при изготовлении форм; подача расплава сверху обеспечивает благоприятное распределение температуры в залитой форме (температура увеличивается от нижней части к верхней), а следовательно, и благоприятные условия для направленной кристаллизации и питания отливки.

Недостатки: падающая сверху струя может размыть песчаную форму, вызывая засоры; при разбрызгивании расплава возникает опасность его окисления и замешивания воздуха в поток с образованием оксидных включений; затрудняется улавливание шлака.

Верхнюю литниковую систему применяют для невысоких (в положении заливки) отливок, небольшой массы и несложной формы, изготовленных из сплавов, не склонных к сильному окислению в расплавленном состоянии (чугуны, углеродистые конструкционные стали, латуни).

Сифонная (нижняя) литниковая система (рис. 2, б)

Широко используется для литья сплавов, легко окисляющихся и насыщающихся газами (алюминий), обеспечивает спокойный подвод расплава к рабочей полости формы и постепенное заполнение ее поступающим снизу без открытой струи металлом. При этом усложняется конструкция литниковой системы, увеличивается расход металла на нее, создается неблагоприятное распределение температур в залитой форме ввиду сильного разогрева ее нижней части. Возможно образование усадочных дефектов и внутренних напряжений. При такой системе ограничена возможность получения высоких тонкостенных отливок (при литье алюминиевых сплавов форма не заполняется металлом, если отношение высоты отливки к толщине ее стенки превышает 60, H/δ≥60).

Боковая литниковая система (рис. 2, в).

Подвод металла осуществляется в среднюю часть отливки (по разъему формы).

Такую систему применяют при получении отливок из различных сплавов, малых и средних по массе деталей, плоскость симметрии которых совпадает с плоскостью разъема формы. Является промежуточной между верхней и нижней, и следовательно сочетает в себе некоторые их достоинства и недостатки.

Ярусная литниковая система(рис.2, г).

При ярусной литниковой системе подача расплава осуществляется на нескольких уровнях. Питатели действуют последовательно, начиная с нижних, по мере подъема уровня металла в полости формы. Эти системы, обеспечивающие спокойное заполнение и горячий металл в головной части потока, широко применяют при изготовлении крупных и тонкостенных отливок из черных и цветных сплавов.

Вертикально-щелевая литниковая система(рис.2, д) .

Разновидность ярусной. Предназначена, главным образом, для цветных металлов и сплавов.