литниковая система

Лабораторная работа № 2

1. Литниковая система

   1. Основные понятия

Литниковая система - это совокупность каналов и полостей, по которым расплав поступает из ковша в полость формы.

Основными элементами литниковой системы (рис.2.1) для отливки 6 из серого чугуна являются: литниковая чаша 1, стояк 2 с зумпфом 3, шлакоуловитель 4, питатели 5 и выпоры 7. При получении отливок из стали и бронзы необходимыми элементами литниковой системы являются также прибыли.

Рисунок 2.1. Элементы литниковой системы

Литниковая чаша является резервуаром, в который из ковша заливают металл. Она воспринимает удар струи расплава, дает возможность всплыть неметаллическим включениям и предохраняет от попадания в форму воздуха.

Стояк соединяет литниковую чашу со шлакоуловителем и служит для подачи расплава в другие элементы литниковой системы. Для предохранения формы от размывания жидким расплавом стояк заканчивается полукруглым углублением, которое называется зумпфом.

Шлакоуловитель предохраняет от попадания в полость формы неметаллических включений расплава (шлак, песчаные частицы и др.).

Питатели – это каналы, предназначенные для подвода расплава в полость литейной формы.

Выпоры служат для вывода из формы пара и газов, определения момента заполнения формы и дополнительного питания отливки металлом. Выпоры делают на самых высоких точках отливки преимущественно со стороны, противоположной подводу металла.

Прибыли предназначаются для дополнительного питания отливки жидким металлом. Располагаются у наиболее массивных частей отливки для компенсации расплава при его затвердевании.

Элементы литниковой системы являются самостоятельными деталями модельного комплекта. Каждой отливке соответствует свой, специально рассчитанный набор элементов. Для расчета литниковых систем используют различные зависимости, основанные на законах гидравлики, эмпирические формулы и номограммы. При расчете литниковой системы необходимо учитывать следующие требования:

• литниковая система должна обеспечивать заполнение формы за оптимальное время с определенной скоростью;

• во всех сечениях литниковой системы давление металла должно быть равно или больше атмосферного во избежание засоса газов;

• при заданной продолжительности заливки скорость металла, вытекающего из питателей, должна быть небольшой;

• литниковая система должна задерживать неметаллические включения;

• расход металла на литниковую систему должен быть минимальным.

1.2. Расчет элементов литниковой системы

Расчет сводится к определению площади поперечного сечения питателя с последующим определением (по соотношениям) площадей сечения остальных элементов системы.

Общая площадь сечения питателей F_п, находят по формуле:

(для чугунных отливок);

(2.1)

(для стальных отливок),

где G – масса отливки с припусками и литниковой системой, кг;

τ – продолжительность заливки, сек;

ρ – плотность жидкого металла, г/см³: для чугуна ρ=7 г/см³;

μ – коэффициент расхода литниковой системы,

учитывающий потери на трение, повороты;

Н_р – расчетный средний напор, см;

g – ускорение силы тяжести, g = 980 см/сек²;

L – коэффициент поправки на жидкотекучесть стали:

- для углеродистых сталей L=0,85;

- для малоуглеродистых сталей L=1;

- для легированных сталей L=1,15.

k_у – удельная скорость заливки, кг/см²сек, которая зависит

от относительной плотности отливки:

- для углеродистых сталей k_y=1,25;

- для малоуглеродистых сталей k_у=1,02;

- для легированных сталей k_у=1, 49.

Масса отливки определяется по формуле:

, (2.2)

где G_дет – масса детали, кг;

k₁ – коэффициент, учитывающий массу литниковой

системы и припусков:

- для ковкого чугуна k₁ =0,040,06;

- для серого чугуна k₁=0,2;

- для стального литья k₁=0,040,1.

Продолжительность заливки формы  определяют по различным эмпирическим соотношениям, учитывающим массу заливаемого в форму металла, толщину стенки отливки и т. д. Одна из наиболее распространенных формул приведена ниже:

(для чугунных отливок);

(2.3)

(для стальных отливок),

где  – преобладающая толщина стенки отливки, мм;

S – коэффициент, зависящий от толщины стенки и конфигурации отливки:

- для чугуна S=1,7  2,0;

- для стали S=0,91  1,7;

- для меди S=2,0  2,1.

Значения коэффициента расхода литниковой системы  выбирают по справочным таблицам. Обычно  принимают: для чугуна при заливке в форму сырую 0,350,50, в сухую 0,410,60; для стали соответственно 0,250,42 и 0,300,50.

При заливке металла из поворотного ковша часть формы, расположенная ниже уровня подвода металла, заполняется при постоянном напоре Н₀, а часть формы, расположенная выше уровня подвода металла, при переменном напоре, изменяющемся от Н₀ до (Н₀ – p) (рис.2.2). Поэтому в формулу вводят средний напор Н_р, который зависит от способа заливки, типа литниковой системы, положения отливки в форме и других факторов. Для случая подвода металла по разъему, очень распространенного в литейном производстве, Н_р можно рассчитать по формуле:

, (2.4)

где Н₀ – первоначальный максимальный напор, см. Значение Н₀

определяется путем прибавления к высоте верхней

полумодели 4÷5 см и округления полученной величины

до ближайшего кратного 2,5 см;

p – расстояние от самой верхней точки отливки до уровня

подвода (рис.2.2), см;

с – высота отливки (по положению при заливке) (рис.2.2).

F_ст

F_шл

F_п

Рисунок 2.2. Расчет среднего напора H_p при подводе

металла по разъему формы

Объем литниковой чаши определяется по формуле Гиршовича:

U_r = 400V₃^1,25, (2.5)

где V₃ - скорость заливки, кг/с

(2.6)

Диаметр и высоту литниковой чаши определяют из соотношения:

D_ч= Н_ч = (2,7÷3,0) D_ст, (2.7)

где D_ст – верхний диаметр стояка, который выбирают в

зависимости от скорости заливки:

- при V₃ <1,5 кг/с D_ст=18 мм;

- при V₃=1,5÷2,5 кг/с D_ст=23 мм;

- при V₃=2,5÷4,0 кг/с D_ст=27 мм;

- при V₃>4,0 кг/с D_ст=30 мм.

По найденному значению площади поперечного сечения питателей F_п определяют площади сечения остальных элементов литниковой системы (шлакоуловителя и стояка) по следующим соотношениям:

F_п:F_шл:F_ст = 1:1,5:1,15 (для отливок из серого чугуна);

F_п:F_шл:F_ст = 1:1,2:1,3 (для отливок из ковкого чугуна); (2.8)

F_п:F_шл:F_ст = 1:1,2:1,4 (для стальных отливок).

2. Содержание лабораторной работы

2.1 Цель и задачи лабораторной работы

В лабораторной работе необходимо: изучить конструкцию основных элементов литниковой системы; произвести расчет габаритных размеров основных элементов литниковой системы, соблюдая при этом рекомендации предъявляемые к ним.

2. Последовательность выполнения работы

2.2.1. Получить индивидуальное задание на лабораторную

работу.

2.2.2. По чертежу детали разработать эскиз модели, указать

элементы литниковой системы и их функциональное

назначение.

2.2.3. Рассчитать размеры основных элементов литниковой

системы.

2.2.4. Дать заключения по результатам расчета.

2.2.5. Составить отчет о работе.

2.3. Материалы и оборудование

1. Чертежи детали индивидуального задания.

2. Алгоритм расчета элементов литниковой системы.

3. Образцы элементов литниковой системы.

Контрольные вопросы

1. Какие основные элементы включает в себя литниковая система?

2. Какие требования необходимо учитывать при расчете литниковой системы?

3. К чему сводится методика расчета литниковой системы?

18