Элементы литниковой системы, их взаимное расположение

Литниковой системой называют совокупность каналов и элементов литейной формы, служащих для подвода расплавленного металла в рабочую полость формы, обеспечения благоприятных условий ее заполнения, а также питания отливки при затвердевании.

Основными элементами литниковой системы являются (рис.10) литниковая чаша 1 (или воронка), стояк 2, зумпф 4, шлакоуловитель 5, питатель 6, выпор 7, прибыль 8.

1 – литниковая чаша, 2 – стояк; 3 – шлакоуловитель; 4 – питатели; 5 – выпор

6 – зумпф; 7 – рамка; 8 – полость формы, 9 – воронка

Рис.10. Элементы литниковой системы

Каждый из элементов литниковой системы имеет свое назначение, неправильное изготовление его может стать причиной брака отливки. Поэтому при серийном производстве отливок выгоднее применять заранее изготовленные модели литниковой системы, имеющие расчетную площадь и правильный профиль.

Литниковая чаша или воронка являются резервуарами, служащими для приема металла из разливочного устройства и подачи его через стояк и другие элементы литниковой системы в рабочую полость формы.

В литниковой чаше (рис.12,а) струя расплава попадает сначала в полость М, в результате чего снижается напор металла, создаются условия для частичного отделения шлаковых включений.

Тип литниковой чаши зависит от необходимого объема металла в ней. Маленькие литниковые чаши удобно делать утопленными на поверхности формы (рис.10,а), если между дном чаши и полостью формы 8 остается достаточный слой смеси. Если дно чаши расположено близко к полости формы, то металл, заливаемый в чашу, может продавить небольшой слой смеси и разрушить верх формы. В таких случаях литниковую чашу делают не в форме, а в отдельной небольшой рамке 7, поставленной на поверхность формы над стояком (рис.10,б).

а – литейная чаша, б – воронка

Рис.11. Заливка металла в литниковую чашу (а) и в воронку (б)

В небольших формах верхняя часть стояка заканчивается небольшой воронкой, выполняющей роль чаши (рис.10,в, рис.11,б). Литниковая воронка обычно имеет форму усеченного конуса, расширяющегося вверх, что облегчает при заливке попадание в нее струи металла.

Стояк представляет собой вертикальный (реже наклонный) прямой или изогнутый канал, служащий для подачи расплава из литниковой чаши (или воронки) к другим элементам литниковой системы: зумпфу, шлакоуловителям, питателям (рис.10,в). Для удобства удаления из формы стояки делают коническими, расширяющимися к верху.

Зумпф (рис.10,а-б) выполняется в конце стояка в виде полусферы и служит для смягчения удара падающей струи расплава, уменьшения разбрызгивания его, плавного изменения направления движения потока.

Шлакоуловитель – элемент литниковой системы для задерживания шлака, кусочков формовочной смеси и для подвода расплавленного металла из стояка к питателям. Существуют несколько конструкций шлакоуловителей: трапецеидальные, зигзагообразные, шаровые, ступенчатые. Частицы шлака, попадая с металлом в шлакоуловитель, расположенный выше питателей, всплывают и остаются в нем, не проникая в полость формы. В кусковых формах устройство шлакоуловителя не всегда представляется возможным. В этих случаях для подачи металла из стояка к питателям на поверхности разъема формы вырезают канал, называемый литниковым ходом.

Литниковые дроссели – местные сужения в литниковой системе в виде вертикальных щелевидных каналов, используются для регулирования скорости движения расплава и заполнения формы (рис.12).

Питатель – элемент литниковой системы для подвода расплавленного металла в полость литейной формы. Питатели чаще всего располагают в нижней полуформе под шлакоуловителем. Питатели не следует делать в том месте под шлакоуловителем, где в него входит стояк, так как возможно попадание шлака в форму. В формах толстостенных отливок питатели прорезают в виде каналов с треугольным сечением, в тонкостенных отливках в виде широких трапецеидальных каналов (рис.10,в). Толщина таких питателей не должна превышать толщину стенки отливки, в противном случае при обрубке литника будет выламываться стенка отливки.

1 – стояк, 2 – металлоприемник, 3 – дроссель, 4 – расширяющаяся часть дросселя, 5 – лнтниковый ход, ведущий к питателям

Рис.12. Литниковая система с дросселем

Выпор – элемент литниковой системы для вывода газов из формы при заливке, контроля заполнения формы расплавленным металлом, питания отливки в момент ее затвердевания, смягчения удара струи металла в верхнюю стенку полости формы в конце ее заливки, для слива холодного металла из верхней части полости формы.

Заливка, при которой часть холодного металла сливается из полости формы через выпор, носит название заливки с перепуском. При заливке формы с перепуском уровень металла в чаше должен быть несколько выше уровня металла в выпоре. В литейных формах, полость которых расположена в нижней опоке, выпор делают в виде стояка на противоположном от литниковой системы конце формы (рис.13, а). Такой выпор называют отводным. Кроме того, выпор может быть питающим и сигнальным.

а – отводной выпор; б – выпор в верхней части формы; в – отливка без прибыли и отливка с прибылью

Рис.13. Устройство выпора и прибыли

В формах, полости которых расположены в верхней опоке, выпор ставят в той части полости формы, которая расположена выше всех остальных (рис.13,б). Если выпор поставлен в части формы, которая расположена ниже других, газы и шлак, всегда скопляющиеся в верхней части формы, могут не попасть в него и останутся в форме, образуя в том месте газовые или шлаковые раковины.

Прибыль. Во время усадки металла в форме в стенках отливки могут образовываться усадочные раковины. Усадочные раковины возникают там, где металл долгое время остается в жидком состоянии, т.е. в толстых сечениях отливки (рис.13,в). В тонких сечениях отливки раковины образоваться не могут, потому что возникающая в процессе затвердевания усадка компенсируется металлом из соседних, более толстых сечений отливки, находящихся еще в жидком состоянии.

Если во время затвердевания отливки в то место, где происходит образование усадочной раковины, своевременно добавлять жидкий металл – питать отливку, то усадочной раковины в отливке не будет. Подобный прием в производстве отливок используется как средство борьбы с усадочными раковинами. Питание отливки в момент ее усадки осуществляется за счет жидкого металла элемента литниковой системы, устраиваемого в форме над той частью отливки, где возможно образование раковины. Такую полость в форме называют прибылью (рис.13,г). Прибыль может питать отливку лишь в том случае, если металл в ней в момент образования раковины в отливке еще жидкий и затвердевает после питаемого узла. Следовательно, чтобы в прибыли сохранить металл в жидком состоянии, сечение и размеры ее должны быть больше размеров той части отливки, которую она питает. При таком условии усадочные раковины будут образовываться не в отливке, а в прибыли, которая впоследствии будет срезана с отливки. Одновременно стремятся к тому, чтобы при выполнении указанных условий расход металла на прибыли был минимальным.

Типы литниковых системы. Различают несколько характерных способов подвода литниковой системы.

При сифонной заливке литники подводят к нижней части отливки (рис.14,а). Сифонная заливка обеспечивает спокойное заполнение полости формы без разбрызгивания. Однако пока расплав достигает верхней части формы, он успевает остыть, что ухудшает питание отливки из прибылей и может привести к появлению раковин в отливке.

При заливке сверху через литник, подведенный к верхней части отливки (рис.14,б), форма заполняется в направлении, противоположном направлению выхода газов, вследствие чего часть газов может попасть в отливку. Кроме того, расплав, падая на дно формы, разбрызгивается, сильнее окисляется и может размыть форму в местах падения. Преимуществом заливки сверху является поступление горячего металла в верхнюю часть отливки и в прибыль.

Для заливки в середину литники подводят к середине отливки, на уровне 1/2 ее высоты (рис.14,в). В этом случае нижняя часть отливки заполняется как при заливке сверху, а верхняя – как при заливке снизу. Практикуется и заполнение литейной формы через несколько литников. Например, используется расширяющаяся ступенчатая литниковая система (рис.14,г), суммарная площадь поперечного сечения литников которой больше площади поперечного сечения стояка, благодаря чему жидкий металл, поднявшись до среднего уровня, вновь поступает в стояк. Возникает циркуляция, показанная стрелками. Обратное движение имеет место, если ступенчатая система запертая (рис.14,д).

а – сифонная заливка; б – заливка сверху; в – заливка в середину отливки;

г – ступенчатая расширяющаяся литниковая система; д – ступенчатая сужающаяся литниковая система; е – заливка через несколько самостоятельных литников; ж – сифонная ступенчатая литниковая система

Рис.14. Подвод металла к отливке

Ступенчатая литниковая система может быть разделена на несколько отдельных стояков (рис.14,е), заполнение которых происходят в соответствующем порядке.

Сифонная заливка металла через ступенчатую литниковую систему (рис.14,ж) обеспечивает благоприятное распределение температуры в отливке.