Вертикально-щелевая литниковая система является одной из самых распространённых при литье в кокиль.

Вертикально-щелевая литниковая система наряду со спокойным вводом расплава в форму обеспечивает хорошую заполняемость форм тонкостенных отливок, задерживает неметаллические включения при отшлаковывании в вертикальном колодце, создаёт 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 отливок.

К недостаткам вертикально-щелевой литниковой системы относятся6 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 её выполнения в форме и удаления при обрубке.

Приведённую толщину стенки отливки , м рассчитываем по формуле:

где - минимальная толщина стенки отливки, м;

Предельно допустимую скорость заполнения , м/с находим по формуле

где - критерий шлакообразования;

- коэффициент кинематической вязкости расплава, м²/ч; ;

- толщина плены, м;

- поверхностное натяжение, Н/м;

- плотность жидкого сплава, кг/м³; Определяем расход металла , м³/с по формуле

где - длина растекания сплава, м.

Определяем угол растекания металла , ⁰ по формуле:

,

где δ_щ – толщина щелевого питателя, м, ;

где δ₀ – толщина стенки отливки, м.

Скорость поперечного растекания , м/с определяем по формуле:

,

где S – коэффициент Шези, S=1.

Находим высоту потока расплава , м, растекающегося по поверхности застойной зоны:

Определяем отношение площади поперечного сечения растекающегося расплава к его периметру:

;

Находим значение коэффициента теплоотдачи , Вт/(м²∙К) в форму и в застойную зону по значению критерия Нуссельта:

,

где λ – теплопроводность расплава, Вт/(м∙К);

Nu – критерий Нуссельта,

где Pe – критерий Пекле,

где а – коэффициент температуропроводности, м²/с.

Рассчитываем максимальную длину растекания расплава :

,

где Т_ЗАЛ – температура заливки, К;

Т_ФН – начальная температура формы, К; Т_фн= 293 К;

Т₀ – температура нулевой жидкотекучести, К; _,

где Т_L – температура ликвидус, К;

Т_С – температура солидус, К;

m – количество твёрдой фазы;

с_ж – теплоемкость расплава, Дж/(кг∙К);

b_M, b_Ф – соответственно теплоаккумулирующая способность металла и формы, Вт∙с^1/2/(м²∙К).

Сравниваем максимальную длину растекания с длиной отливки. Должно выполняться условие:

L_P ≥ 1,2L,

где L – длина отливки, м;

Рассчитаем площадь стояка , м²:

,

где μ – коэффициент расхода литниковой системы; =0,6;

g – ускорение свободного падения, м/с²; g=9,81 м/с²;

Н_ст – напор металла, м;

Найдем радиус стояка R_ст, м из выражения:

,

Определяем диаметр колодца d_к, м литниковой системы по выражению:

где d_щ – диаметр щели, м.

Составы красок, применяемых для окрашивания рабочей полости кокиля, представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 – Многокомпонентные типовые краски

№ краски	Состав, % по массе									, Вт/мК
	Мел	Прокаленный тальк	Окись цинка	Двуокись титана	Прокаленный асбест	Коллоидальный графит	Борная кислота	Жидкое стекло	Вода
1	21,0	7,0	-	-	-	-	0,7	-	71,3	0,210
2	5,5	-	-	-	34,5	-	-	5,5	54,5	0,267
3	10,0	-	-	-	13,0	-	-	7,0	70,0	0,267
4	21,0	-	-	-	-	-	-	4,5	74,5	0,279
5	-	-	5,5	-	12,0	-	-	12,5	70,0	0,337
6	4,3	-	-	8,4	-	8,4	-	8,4	70,5	0,360
7	-	20,5	-	-	-	-	-	5,0	74,5	0,396
8	8,0	-	5,5	4,0	-	-	-	4,5	78,0	0,407
9	-	-	6,7	-	-	-	-	4,5	88,9	0,525

Извлечение стержней и отливок.

При затвердевании и охлаждении происходит усадка металла, в результате чего отливка оказывается защемленной в кокиле или стержень обжимается отливкой. Поэтому при раскрытии кокиля необходимы значительные усилия для отрыва кокиля от отливки и извлечения из нее стержня. На усилие извлечения металлического стержня оказывают влияние величина усадки отливки, зависящая от состава сплава и температуры отливки в момент извлечения; температура стержня; величина уклона, форма и размеры стержня, состав облицовки и краски на поверхности стержня, шероховатость и твердость поверхности стержня, толщина стенки отливки.

С увеличением продолжительности выдержки стержня в отливке и отливки в кокиле усилие извлечения возрастает.

Песчаные стержни обычно выбиваются вместе с отливкой.

Удаление металлических стержней из отливки осложняется тем, что при усадке происходит обжатие отливкой металлических стержней. Чем толще стенка отливки, тем сильнее это обжатие. В результате обжатия стержня металлом отливки в последней возникают напряжения растяжения, и если стержень не извлекать сразу же после заливки формы, то в отливке могут образоваться трещины.

Для извлечения металлических стержней в момент отрыва стержня от отливки требуются большие усилия. В дальнейшем для удаления стержня требуются незначительные усилия. Механизмы для удаления металлических стержней должны быстро срабатывать, так как стержень извлекается из формы до её раскрытия, то есть когда отливка имеет ещё высокую температуру и небольшую усадку.

Для удаления стержней из отливки применяются гидравлические и пневматические приводы. Эти приводы можно поставить в любом месте, где требуется установка стержня. Приводы легко включаются в любое время независимо от открывания формы.

Наибольшее применение нашли гидравлические приводы, так как при компактных размерах цилиндра они обладают большой мощностью и работают исключительно плавно, без толчков; однако гидравлический привод требует установки гидравлического насоса.

Выбор механизма для удаления отливок из формы зависит от конфигурации отливаемой детали, положения ее в форме и степени механизации технологических процессов.

При выборе способа удаления отливки из формы прежде всего определяется, в какой полуформе должна остаться отливка после раскрытия формы, сколько потребуется выталкивателей, чтобы предупредить перекос отливки и её повреждение.

Для удаления отливок из формы используют выталкиватели. Выталкиватели чаще всего применяются в тех случаях, когда отливка полностью или большей своей частью располагается в одной половинке формы. Выталкиватели изготовляются в виде цилиндрических штырей. В стенке формы в месте прохода выталкивателя делают отверстие по его диаметру. Выталкиватель вставляется в форму заподлицо.

Если применяется один выталкиватель, то он должен располагаться в центре сопротивления извлекаемой отливки. Обычно выталкиватели направляются в выступающие части отливки.

Для правильной установки выталкивателя и предотвращения его перекоса с наружной стороны формы отливаются приливы, в которых и высверливаются отверстия для выталкивателя.

Выталкиватели должны быть так сконструированы и изготовлены, чтобы после удаления отливок они автоматически возвращались в первоначальное положение. Для этого наряду с выталкивателями применяют и контртолкатели. Выталкиватели при их движении в форме должны иметь минимальное трение о стенки и хорошие направляющие, предупреждающие их изгиб и перекос.

Выталкиватели изготовляются из чугуна или стали.

Пружинные выталкиватели применяются в вытряхных и створчатых кокилях.

Технико–экономические показатели процесса.

Литье в кокили – один из прогрессивных способов изготовления отливок в серийном и массовом производстве отливок из цветных и черных сплавов. При литье в металлические формы достигается повышенная точность и малая шероховатость поверхностей отливок. Этим объясняется меньшие припуски на обработку и допуски на размеры отливок.

К числу основных особенностей процесса относятся:

1. Повышенная плотность мелкозернистой структуры металла отливок, которая вызвана интенсивным теплообменом между отливкой и кокилем, что существенно повышает свойства магниевых и алюминиевых сплавов.

2. Чугунные отливки, как правило, получаются с отбеленным поверхностным слоем и остаточными внутренними напряжениями, поэтому их необходимо отжигать;

3. В кокилях трудно изготовлять фасонные стальные отливки, так как с повышением интенсивности теплообмена между отливкой и кокилем увеличивается вероятность образования трещин в стали, а также вследствие низкой стойкости кокилей (не более 200…300 заливок);

4. Трудоемкость изготовления отливок в кокилях меньше, чем при литье в разовые формы; качество поверхности и точность размеров отливок выше, меньше припуски на обработку, лучше условия труда;

5. Высока стоимость кокиля. Поэтому литье применяют, если снижаются затраты на изготовление готовой детали с учетом стоимости кокиля, расхода металла в стружку и снижение затрат на механическую обработку. Этот способ литья целесообразно применять в массовом и крупносерийном производстве, когда партия составляет не менее 300…500 отливок. Во многих случаях, особенно при литье стали и чугуна, решающее значение имеет метод изготовления кокиля, который определяет его стоимость. Наиболее точные кокили изготавливают механической обработкой в инструментальных цехах. Их применяют для литья цветных сплавов. Такие кокили дороги. Для литья чугуна и стали применяют, как правило, литые, более экономичные, хотя и менее точные, чугунные кокили без последующей механической обработки.

Кокиль применяют также для изготовления отливок, к которым предъявляют определенные технические требования, например, получить чугунный прокатный валок с отбеленным твердым износостойким поверхностным слоем можно только в кокиле; плотные без усадочной рыхлости с повышенными свойствами отливки из алюминиевых сплавов с широким интервалом темпера-

тур затвердевания.

Разновидностью кокильного литья является литье в облицованные кокили. Облицованные кокили применяют для повышения стойкости кокилей при изготовлении стальных и чугунных отливок. В этом случае рабочую полость кокиля облицовывают песчано-смоляной смесью по принципу изготовления оболочковых форм.

При переводе заготовок на литье в кокиль необходимо выполнять следующие требования обеспечения технологичности конструкции отливок: для облегчения удаления отливки из кокиля необходимо предусмотреть литейные уклоны стенок, направленные в сторону разъема кокиля; не допускать в отливках резких переходов от толстых сечений к тонким; избегать выступающих частей и углублений, затрудняющих усадку металла.

Следует избегать в отливках глубоких литых отверстий небольшого диаметра. Для повышения жесткости отливок и устранения возможного их коробления при извлечения из формы, а также при термической обработке, предусматривают ребра жесткости. Однако следует учитывать то, что большое число ребер жесткости затрудняет усадку отливок и может привести к образованию трещин. Толщина ребер жесткости должна составлять 0,6…0,8 толщины сопрягаемых стенок отливки.

Для облегчения механической обработки или повышения эксплуатационных свойств их отдельных частей иногда целесообразно армировать отливки вкладышами. Вкладыши можно применять для получения фасонных биметаллических деталей из легких сплавов в комбинации со сталью.

Стоимость кокильного литья при среднесерийном и массовом производстве в условиях механизированного изготовления отливок аналогична литью в песчано-глинистые формы.

Лекция 36.