3. Литниковые системы

Литейную форму заливают металлом через литниковую систему, под которой понимают совокупность каналов и резервуаров, по которым расплав поступает из ковша в полость формы. Литниковая система должна обеспечивать непрерывное поступление металла в форму, питание отливки для компенсации усадки, предотвращать разрушение формы, попадание шлака и воздуха со струёй расплава.

Основными элементами литниковой системы являются литниковая чаша, стояк, шлакоуловитель, питатели (рис. 1). Чаша уменьшает размывающее действие струи расплава, задерживает всплывающий шлак. Для лучшего задержания шлаковых включений в литниковые чаши или другие элементы литниковой системы иногда устанавливают фильтры: керамические сетки, либо фильтры из специальной стеклоткани.

Рис. 1. Элементы литниковой системы: 1 – литниковая чаша; 2 – стояк; 3 – шлакоуловитель; 4 – питатели;  5,6 – чаша и стояк выпоров (прибылей); 7 – фильтр из специальной стеклоткани

Стояк представляет собой вертикальный конический, обычно суживающийся к низу канал круглого сечения, по которому металл из литниковой чаши или воронки попадает в шлакоуловитель.

Шлакоуловитель служит для задержания попавших в металл шлака и других включений и представляет собой горизонтальный канал обычно трапециевидного сечения, располагающийся в верхней полуформе.

Питатели представляют собой каналы прямоугольного или трапециевидного сечения, которые примыкают к нижней части шлакоуловителя и предназначаются для подвода металла непосредственно в полость формы. Их располагают в нижней полуформе на некотором расстоянии от стояка и концов шлакоуловителя, так как в противном случае в них, а следовательно, и в полость формы может попасть шлак. Для лучшего задержания шлака в литниковой системе выдерживается следующее соотношение размера сечения стояка, шлакоуловителя и питателей F_ст > F_шл > F_пит .

Над самым высоким местом полости формы, на стороне, противоположной месту подвода в неё металла, делают выпоры – каналы для выхода из формы воздуха и газов и всплывающих неметаллических включений. Они содействуют нормальной усадке застывающего сплава и позволяют контролировать полноту заполнения формы металлом.

При изготовлении отливок из стали у наиболее массивных частей делают прибыли – наполненные жидким металлом полости, предназначенные для предупреждения образования в отливках усадочных раковин и рыхлот. Они должны всё время пополнять затвердевающую отливку жидким металлом и сами затвердевать последними.

В зависимости от формы, размера отливки, состава и свойств литейного сплава применяются верхняя, нижняя (сифонная) и ярусная литниковые системы. Верхняя система наиболее проста, её применяют для мелких деталей небольшой высоты. С увеличением высоты происходит размывание формы струёй металла, разбрызгивание и окисление его, увеличивается количество неметаллических включений в теле отливки.

Нижнюю систему применяют для средних и толстостенных отливок значительной высоты. Она обеспечивает спокойное заполнение формы металлом, но она более сложна.

Ярусная система обеспечивает последовательное питание отливки снизу вверх, и её применяют для крупных отливок. Недостатки ярусной системы – сложность в изготовлении и значительный расход металла на литники.

Основой для разработки технологического процесса изготовления отливки является чертёж детали. На чертеж детали в соответствии с ГОСТ 3.1125 – 88 наносят технологические указания, необходимые для изготовления модельного комплекта, формы и стержня, и получают чертёж отливки с модельно – литейными указаниями.

На рис. 2 в качестве примера приведены эскизы стальной (а) и чугунной (б) деталей. Поверхности деталей, подвергающиеся механической обработке, условно обозначаются знаком  . Остальные поверхности механической обработке не подлежат, на что указывает знак   ( ) в правом углу эскиза.

При разработке эскиза отливки с литейно-модельными указаниями на эскиз детали условно наносят (рис. 3):

1. Плоскость разъёма модели и формы (1), их показывают отрезком, над которым указывается буквенное обозначение разъёма РМ. Направление разъёма показывается сплошной основной линией, ограниченной стрелками и перпендикулярной линии разъёма. Положение отливки в форме при заливке обозначается буквами В (верх) и Н (низ). Буквы проставляются у стрелок, показывающих направление разъёма.

Рис. 2. Эскизы деталей: а) стальной; б) чугунной

При выборе плоскости разъёма наиболее ответственные поверхности отливки целесообразно располагать в нижней части формы или вертикально, так как в верхней части отливки скапливаются дефекты – газовые раковины и шлаковые включения. Плоскость разъёма выбирают с учётом удобства формовки и извлечения модели из формы. Кроме того желательно, чтобы отливка или, по крайней мере, её базовые поверхности для механической обработки были расположены в одной полуформе.

Рис. 3. Эскизы отливок: а) стальной; б) чугунной где: 1 – разъём модели; 2 – припуск на механическую обработку; 3 – стержень; 4 – формовочные уклоны; 5 – необрабатываемые отверстия

2. Припуски на механическую обработку (2), их обозначают сплошными тонкими линиями у поверхностей, где указан знак обработки   (допускается выполнять линию припуска красным карандашом). Величины припусков определены ГОСТ 26645 – 85 и при единичном производстве выбираются по III классу точности в зависимости от способа литья, материала отливки, положения обрабатываемой поверхности при заливке (верх, низ, бок), наибольшего габаритного и номинального размера отливки (табл. 1, 2). Под номинальным размером отливки подразумевается расстояние между двумя противоположными обрабатываемыми поверхностями или расстояние от установочной базовой поверхности до обрабатываемой.

Таблица 1

Припуски на механическую обработку отливок из серого чугуна по III классу точности в мм (ГОСТ 26645 – 85)

Наибольший габаритный	Положение поверхности	Номинальный размер в мм
размер детали в мм	при заливке	До 50	51–120	121 – 260	261 – 500	501 – 800
До 120	верх низ, бок	3,5 2,5	4,5 3,5
121 – 260	верх низ, бок	4,0 3,0	5,0 4,0	5,5 4,5
261 – 500	верх низ, бок	4,5 3,5	6,0 4,5	7,0 5,0	7,0 6,0
501 – 800	верх низ, бок	5,0 4,0	7,0 5,0	7,0 5,0	8,0 6,0	9,0 7,0

Таблица 2

Припуски на механическую обработку фасонных отливок  из стали по III классу точности в мм (ГОСТ 26645-85)

Наибольший габаритный	Положение поверхности	Номинальный размер в мм
размер детали в мм	при заливке	До 120	121 – 260	261 – 500	501 – 800	801 – 1250
До 120	Верх низ, бок	5 4
121 – 260	Верх низ, бок	5 4	6 5
261 – 500	Верх низ, бок	6 5	8 6	9 6
501 – 800	Верх низ, бок	7 5	8 6	10 7	11 7
801 - 1250	Верх низ, бок	9 6	10 7	11 8	12 8	13 9

3. Отверстия, впадины, выемки, не выполняемые при литье, зачёркивают сплошными тонкими линиями (5), которые допускается выполнять красным карандашом.

4. Контуры стержня со стержневыми знаками (3) изображаются сплошной тонкой линией, которую допускается выполнять синим цветом. Стержни в разрезе штрихуются только у контура. Размеры знаков стержней и зазоры между знаками стержней и модели принимаются по ГОСТ 3606 – 80.

5. Формовочные уклоны (4) на вертикальных стенках обозначаются тонкими линиями и выбираются в зависимости от высоты отливки от плоскости разъёма (табл. 3).

Таблица 3

Формовочные уклоны на отливках по ГОСТ 3212 – 80

Высота отливки от плоскости разъёма	Величина уклона		Высота отливки от плоскости разъёма	Величина уклона
мм	Град.	мм	мм	Град.	мм
До 20	3о	1,0	201 – 300	0о 30I	2,5
21 – 50	1o 30I	1,3	301 – 800	0о 30I	4,5
51 – 100	1о	1,5	801 – 2000	0о 20I	9,0
101 – 200	0о 45I	2,0	св. 2000	0о 15I	11,0

 

Помимо этих обозначений указывается процент усадки сплава, из которого изготовляют отливку, наносятся литниковая система, прибыли, выпоры, которые на рассматриваемом эскизе для простоты не указаны.

На рис. 3,б приведён эскиз чугунной отливки с модельно – литейными указаниями. Для этой отливки используется горизонтальный стержень, имеющий цилиндрические стержневые знаки, в отличие от вертикального стержня, у которого стержневые знаки конусные.

6. По эскизам отливок выполняются эскизы моделей (рис. 4). Модели имеют стержневые знаки (они закрашены чёрным цветом), формовочные уклоны для вертикального стержня и радиусы закруглений r в местах перехода стенок. Размеры моделей выполняют с учётом размеров детали, припусков на механическую обработку, формовочных уклонов и усадки сплава, которую выбирают по табл. 4.

7. Для изготовления стержней служат стержневые ящики – разъёмные, либо неразъёмные. На рис. 5 приведены эскизы стержневых ящиков для вертикального (а) и горизонтального (б) стержня.

Рис. 4. Эскизы моделей

Линейная усадка литейных сплавов

№ п/п	Литейный сплав	Линейная усадка, %
1	Чугун серый мелкие отливки (не более 100 кг) средние отливки (100 – 500 кг) крупные отливки (более 500 кг)	1 – 1,25 0,75 – 1,00 0,5 – 0,75
2	Чугун ковкий	1,5 – 1,75
3	Сталь углеродистая мелкие отливки (не более 100 кг) средние отливки (100 – 500 кг) крупные отливки (более 500 кг)	1,8 – 2,2 1,6 – 2,0 1,4 – 1,8
4	Бронзы	1,0 – 1,8
5	Латуни	1,5 – 2,0
6	Алюминиевые сплавы	1,0 –1,25

 

Рис. 5. Эскизы стержневых ящиков: а – для вертикального стержня; б – для горизонтального стержня

8. Эскизы собранных литейных форм для чугунной (а) и стальной (б) отливок даны на рис. 6. В форме для чугунного литья имеются шлакоуловитель и выпоры, а в форме для стального литья шлакоуловитель отсутствует, а для компенсации большой усадки стали и предупреждения усадочных раковин предусмотрены прибыли.

9. На рис. 7 приведены эскизы готовых чугунной (а) и стальной (б) отливок с литниковой системой

Рис.6. Эскизы собранных литейных форм: 1 – полость формы; 2 – стержень; 3 – нижняя опока; 4 – верхняя опока; 5 – выпор;  6 – чаша; 7 – стояк; 8 – шлакоуловитель; 9 – питатели; 10 – формовочная смесь

Рис.7. Эскизы готовых отливок с литниковой системой: а – отливка из чугуна; б – отливка из стали