2. Расчет литниковой системы при литье ювелирных изделий по выплавляемым моделям

Литниковой системой называют совокупность каналов или резер­вуаров, по которым жидкий металл из ковша или тигля поступает в полость литейной формы [1]. При этом литниковая система существенно влияет на качество отливок: неправильно сконструированная или неправильно рассчитанная, она может явиться причиной брака.

Ее основ­ными элементами являются литниковая воронка или чаша, резервуар для приема жидкого металла и передачи металла в стояк, стояк вертикальный (иногда наклонный) канал круглого, овального или иного сечения для передачи металла из чаши (воронки) к другим элементам литниковой системы. Литниковый ход — это горизонтальный канал для удержания шлака и передачи металла из стояка к питателям. Питатели (литники) — каналы, предназначенные для передачи металла непосредственно в полость формы. Существует пять типов литниковых систем.

1. Верхняя литниковая система. Питатели подводят либо в верхнюю часть отливки, либо в прибыль или под прибыль.

2. Нижняя или сифонная литниковая система. Питатели подводят в нижнюю часть отливки.

3. Боковая литниковая система. Питатели подводят по разъему формы.

4. Ярусная (этажная) литниковая система. Питатели подводят к отливке на нескольких уровнях. Разновидностью ярусной литниковой системы является вертикально-щелевая.

5. Дождевая литниковая система.

Тип литниковой системы выбирают в зависимости от металла, конструкции отливки, положения ее при заливке и т. д. Всегда стремятся к тому, чтобы при обеспечении необходимого качества отливки расход металла на литниковую систему был наименьшим.

Верхняя литниковая система наиболее проста по конструкции, легко выполнима, требует незначительного расхода металла. Она создает наиболее благоприятные условия для питания отливки, т. е. нужное для направленной кристаллизации распределение температур — повышение температур от нижней части отливки к верхней.

Нижняя (сифонная) литниковая система обеспечивает спокойное заполнение формы, устраняет опасность размывания стенок и образования засоров. Однако нижний подвод металла создает неблагоприятное распределение температур по объему металла отливки (так как горячий металл поступает снизу), способствует развитию местных разогревов и внутренних напряжений. Сифонная литниковая система сложна в изготовлении и требует повышенного расхода металла, применяется обычно для отливок средней и большой массы значительной высоты, с большой толщиной стенок.

Боковая литниковая система, уменьшая (по сравнению с верхней) высоту падения металла и возможность разрушения формы, вместе с тем ухудшает условия кристаллизации и увеличивает расход металла. Она применяется для отливок небольшой высоты, средней массы, больших размеров.

Ярусная литниковая система применяется для крупных, тяжелых отливок. Она обеспечивает лучшее питание отливки, чем сифонная. Ярусы системы должны подавать металл в полость формы последовательно, снизу вверх. Ярусная литниковая система наиболее сложна и требует наибольшего расхода металла.

Дождевая литниковая система применяется в основном для отливок цилиндрической формы. Металл из стояка попадает в кольцевой коллектор, из которого через питатели, расположенные по окружности на равном расстоянии друг от друга, тонкими струйками равномерно заполняет расположенную ниже полость формы.

Литниковые системы в литье по выплавляемым моделям бывают трех типов. В первом случае металл подводится в массивные части отливок через коллектор, который является промежуточным звеном между стояком и питателями. В этом случае отливка не имеет прибылей, а масса её не превышает 1,5 кг. Такие системы находят применение в случае серийного литья отливок несложной конфигурации.

Во втором случае применяются та кие литниковые системы, которые питают отливки, имеющие несколько тепловых узлов, питание которых возможно только через прибыль. Этот случай ещё более редкий, ибо в художественных отливках установка прибылей возможна только в архитектурном литье, где прибыли впоследствии могут быть удалены без ущерба для художественного замысла.

И, наконец, в третьем случае литниковые системы применяются для отливок сложного профиля большой протяженности со специальными приемами охлаждения, с установкой холодильников, отливаемых заранее.

Для первых двух случаев существует расчет, который ведут по следующей формуле:

где δ _пит – приведенная толщина сечения питателя, равная ;

z – приведенная толщина массивного узла отливки, равная ;

δ_ст – приведенная толщина сечения стояка, равная ;

S_пит,S_отл,S_ст – площади, соответственно, питателя, отливки и стойка;

Р_пит, Р_ст – периметр питателя и стояка; V_отл – объем узла отливки; l_пит – длина питателя; G = V_отл·γ – масса отливки; γ - плотность сплава.

Формулу (4) можно преобразовать в формулу (5), применяемую для расчета приведенной толщины сечения питателя:

Следует обратить внимание, что данная формула применяется в том случае, когда масса отливок не превышает 1,5 кг.

Для расчетов приведенных толщин сечений питателя принято три характерных формы геометрии отливок:

1 – параллепипед;

2 - шар;

3 – цилиндр.

Размеры сторон параллепипеда, радиус шара, радиус основания цилиндра и его высоту рассчитать самостоятельно, исходя из их объемов (табл. 1.4).

Таблица 1.4

Справочные формулы, необходимые для расчетов.

Формула	Форма отливки
	параллепипед	шар	цилиндр
Объем
площадь

Пример расчетов:

Исходные данные для расчета.

1. Объем отливки в форме параллепипеда V_отл = 0,9 см³, со сторонами а=20 мм; б= 0,6 мм; с= 7,5 мм.

2. Диаметр стояка 5 мм.

3. Материал - сплав золота ЗлМНЦ -750, плотность сплава 14,5 г/см³

Пример расчета.

1. Производим расчет приведенной толщины узла отливки (z)

где S^/ _отл = 2(ab+bc+ac).

2. Производим расчет приведенной толщины стояка (δ_ст)

где , .

3. Производим расчет массы отливки (G)

.

3. Задаем длину питателя, исходя из технологичности сборки блок-модели, при этом принимаем l_пит = 8 мм.

4. Полученные значения подставляем в формулу (4)

.

В таблице 1.5 приведены варианты расчетных заданий для выполнения расчета литниковых систем для заданной формы отливки. Для расчетов отливок:

1 – «параллепипед» принять сплав ЗлМНЦ-750 с плотностью 14,72 г/см³;

2 – «шар» принять сплав ЗлСр750-150 с плотностью 15,35 г/см³;

3 – «цилиндр» принять сплав ЗлСрМ585-80 с плотностью 13,24 г/см³.