Заполнение литейных форм

Заполнение форм жидким металлом производят в неподвижные (стационарная заливка) или во вращающиеся формы (центробежная заливка). При стационарной заливке заполнение форм осуществляется под действием металлостатического напора. Этот способ применяют редко, так как он позволяет получать отливки небольших размеров и простой конфигурации.

Для стационарной заливки форм применяют расширяющиеся литниковые системы с нижним или боковым подводом металла, обеспечивающие поступление металла в полость формы с массовой скоростью не менее 10... 30 кг/с. Необходимый расход металла обеспечивается применением литниковых систем с соотношением FcT'-Flu.i'-Fn„T - 1:3:4 или 1:2: 2,5 и площадями сечений литниковых каналов на 20... 30 % большими, чем при литье углеродистой стали. Толщину питателей принимают не менее 6... 8 мм при минимальной (не менее 15 мм) длине. С целью уменьшения потерь тепла литниковые каналы выполняют по возможности короткими, а сечения их - круглыми или близкими по конфигурации к квадрату.

При выборе положения отливки в форме, типа литниковый системы, конфигурации и размеров литниковых каналов и места подвода питателей к отливке руководствуются геми же правилами, что и при разработке технологии изготовления отливок из алюминиевых и магниевых сплавов.

Для обеспечения питания затвердевающих тепловых узлов титановых отливок применяют установку прибылей на каждом из них. Общие прибыли малоэффективны из-за низкой теплопроводности, высокой скорости затвердевания титановых сплавов и отсутствия атмосферного давления. Диаметр основания прибыли при литье в металлические и графитовые кокили должен составлять не менее удвоенной толщины питаемого узла; при литье в уплотняемые формы - 2,5 толщины, а при заливке в оболочковые формы - 3 толщины питаемого узла. Высоту прибыли принимают обычно равной двойной высоте питаемого узла, но не меньше основания прибыли.

С целью улучшения заполняемости и условий питания отливок при стационарной заливке можно использовать центробежную заливку.

Для центробежной заливки используют литниковые системы, построенные по принципу сифонного заполнения формы. Они имеют вертикальные и горизонтальные каналы, расположенные в плоскости разъема формы, и питатели с подводом металла к тонким сечениям отливок.

На рис. 11.17 показана литниковая система, используемая при центробежном способе литья. Элементы литниковой системы, изготовленные, как правило, из тех же формовочных смесей, что и элементы формы (центральный стояк 3, литниковый ход 8, колодец 5) и литейные формы устанавливают в металлический заливочный контейнер 4. Свободное пространство между стенками контейнера и формами заполняют титановой губкой или каким-либо другим наполнителем. Заполненный и закрытый крышкой контейнер перед началом плавки закрепляют на центробежном столе 10 плавильнозаливочной установки. После наплавления металла центробежный стол приводится во вращение. Из тигля металл сливается в приемнонаправляющий лоток 1 и через направляющую втулку 2 попадает в центральный стояк 3. Из центрального стояка металл движется по литниковому ходу 8 и затем поднимается по колодцу 5. Под действием избыточного давления, развиваемого центробежными силами, жидкий металл из вертикального колодца по питателям 7 попадает в рабочую полость формы 6 и заполняет ее.

Типовые металлопроводы, применяемые при центробежном литье, с расположением отливки ниже (а) и выше (б) литникового хода

Рис. 11.17. Типовые металлопроводы, применяемые при центробежном литье, с расположением отливки ниже (а) и выше (б) литникового хода:

  • 1 - приемно-направляющий лоток; 2 - направляющая втулка;
  • 3 - центральный сток; 4 - заливочный контейнер; 5 - колодец;
  • 6 - рабочая полость формы; 7 - питатель; 8 - литниковый ход;
  • 9 - соединительная втулка; 10 - центробежный стол

Все размеры сечений указанных элементов литниковый системы определяют исходя из следующих двух основных положений:

  • 1) на всем пути движения металла от направляющей втулки до рабочей полости формы расход расплава должен быть постоянным;
  • 2) скорость движения потока должна быть достаточной для обеспечения заполнения рабочей полости формы.

Следуя этим условиям, рассчитывают размеры элементов метал- лопровода и режимы заливки.

Исходными данными в расчете является соотношение

где Qr - расход расплава при сливе из тигля;

п - количество одновременно заливаемых отливок;

flora _ расход металла, необходимый для заполнения одной отливки.

Непременным условием комплектования групп отливок является соотношение

где GT - максимальная масса металла, сливаемого из тигля; flora - масса одной отливки с прибылью;

G„- масса литниковой системы.

Величину flOTjl можно определить путем теплового расчета заполнения формы.

Современные плавильно-заливочные установки обеспечивают расход металла при сливе из тигля 40... 80 кг/с. Чтобы расход в процессе слива оставался постоянным, скорость поворота тигля должна изменяться. Струя сливаемого из тигля металла формируется сливным носком, сечение которого представляет собой полукруг или трапецию.

Ось поворота тигля располагают по возможности ближе к сливному носку. При этом уменьшается величина перемещения струи в пространстве при сливе.

Приемно-направляющий лоток обычно отливают из титанового сплава или нержавеющей стали. Первым вращающимся элементом металлопровода является центральный стояк. Он сообщает расплаву вращательное движение. Конфигурацию полости центрального стояка выполняют такой, чтобы свести к минимуму явления проскальзывания металла. Наибольшее распространение получили стояки вентиляторного типа, снабженные захватывающими элементами (рис. 11.18).

В нижней части стояка выполняют четное количество литниковых отверстий. Из центрального стояка расплав попадает в литниковые ходы. Выполнение их в виде горизонтальных цилиндров постоянного сечения не обеспечивает неразрывности потока, поскольку его скорость возрастает по мере продвижения к периферии. Чтобы сохранить компактность потока металла, литниковому ходу придают коническую форму. Рекомендуемый диаметр литникового хода 30... 60 мм. Литниковый ход заканчивается металлосборником длиной 40... 60 мм, который принимает головную часть потока, загрязненную газами, десорбированными с поверхностей металлонровода.

Центральный стояк вентиляторного типа

Рис. 11.18. Центральный стояк вентиляторного типа

Из литникового хода металл переходит в вертикальный или горизонтальный канал (колодец или коллектор), диаметр которого равен диаметру литникового хода в зоне перехода. Далее через питатели расплав входит в рабочую полость формы.

Размеры сечения питателей и их число должно быть такими, чтобы не возникал перегрев тех зон рабочей полости формы, через которые проходит основной объем металла, что может привести к образованию механического пригара на поверхности отливки.

Отливки из титановых сплавов часто имеют такие дефекты, как спаи, неслитины, газовые раковины. Образуются они в период заполнения литейной формы жидким металлом. Основная причина их образования - движение расплава по каналам литейной формы с непрерывно изменяющейся (возрастающей) скоростью по мере удаления потока от центрального стояка (оси вращения).

Движение потока жидкого металла с увеличивающейся скоростью по рабочей полости формы сопровождается разделением потока на множество отдельных струй; при наличии местных сопротивлений (повороты, внезапное расширение и сужение канала и др.) в потоке возникают завихрения. Эти негативные процессы способствуют образованию указанных выше дефектов. Поэтому при разработке технологического процесса лигья титановых отливок следует стремиться к тому, чтобы жидкий металл двигался по каналам и полостям литейной формы в виде компактного, не распадающегося на отдельные струи потока. Для обеспечения полного заполнения рабочей полости формы следует выдерживать скорость движения жидкого металла достаточно высокой.

Характер движения жидкого металла, а также его скорость при центробежном литье, зависят от числа оборотов центробежного стола, расстояния сечения отливки от оси вращения и от направления расположения в контейнере канала с движущимся по нему металлом относительно оси вращения (рис. 11.19).

Основные варианты расположения отливок относительно оси центрального стояка (оси вращения контейнера)

Рис. 11.19. Основные варианты расположения отливок относительно оси центрального стояка (оси вращения контейнера):

1 - центральный стояк; 2 - отливка; 3 - литниковый ход; а - направление X; 6 - направление У; в - направление Z

Движение металла в виде компактного потока без его разрыва и образования отдельных струй осуществляется только по направлению осей X, Y и Z. Во всех остальных случаях линейная скорость потока по мере движения непрерывно возрастает, что и является основной причиной разрушения компактного потока на отдельные струи. По этой причине литейные формы, предназначенные для изготовления протяженных, тонкостенных отливок, обычно располагают в заливочном контейнере таким образом, чтобы основные протяженные полости формы совпадали с направлением оси Y или Z. Движение металла в этом направлении осуществляется в виде компактного потока и с высокой скоростью. Движение металла по каналам формы, совпадающее по направлению с осью X, создает наилучшие условия для формирования компактного потока.

Ниже приведены расчетные данные, показывающие величину скорости движения жидкого металла о в зависимости от ориентации канала формы относительно оси вращения, числа оборотов центробежного стола п и расстояния рассматриваемого сечения канала от оси вращения а:

а, м......

.. 0,25

0,5

0,25

0,5

п, об/мин . V, м/с:

.. 200

200

300

300

-X.......

.. 1,5

3,30

3,00

5,10

У........

. 0,030

0,018

0,050

0,020

Z........

.. 2,80

5,20

7,90

11,00

При центробежном способе литья возникают значительные но величине давления, которые могут деформировать или разрушить литейную форму. Величина давления, действующего на материал литейной формы, зависит от числа оборотов контейнера и расстояния рассматриваемого сечения формы от оси вращения. Прочность современных форм, изготовленных из графитовых и других формовочных смесей такова, что они выдерживают нагрузки, которые могут возникать при вращении контейнера радиусом до 1,5 м с числом оборотов в минуту 200...400.

Выбирая расположение литейной формы в контейнере, учитывают также особенности организации питания отливки металлом из прибылей в условиях центробежного литья.

Направленное затвердевание отливки и обеспечение необходимых условий для питания достигается в том случае, если наиболее массивные ее части располагаются в контейнере ближе к оси вращения.

На массивные части обычно устанавливают прибыли, которые располагают таким образом, чтобы они находились по отношению к питаемому узлу со стороны вращения. Прибыли располагают горизонтально или под небольшим углом к горизонту. Их выполняют закрытыми. Конфигурация и способы установки прибылей показаны на рис. 11.20.

Конфигурация прибылей {а, 6) и схемы их установки (в, г)

Рис. 11.20. Конфигурация прибылей {а, 6) и схемы их установки (в, г)

Наибольший диаметр прибыли Da составляет 1,2-1,4 диаметра питаемого узла, высота прибыли обычно в два раза превышает ее диаметр.

Скорость вращения стола центробежной машины рассчитывают с учетом габаритов, толщины стенок отливок и выбранного коэффициента утяжеления. При выбранной скорости вращения литейная форма в контейнере должна располагаться относительно оси вращения таким образом, чтобы линия свободной поверхности металла (параболоида), соответствующая этой скорости, не пересекала тело отливки и была выше ее.

Вращающаяся форма заполняется металлом направленно от наиболее удаленных частей отливки к центру вращения. Перепад давления, возникающий в слое металла, способствует всплыванию неметаллических включений и газовых пузырьков и удалению их в прибыль. Повышенное давление уменьшает вероятность зарождения и развития газовых пузырьков. Вращение стола центробежной машины продолжается до полного затвердевания отливки. Извлечение форм из плавильно-заливочных установок проводят после охлаждения отливок до 300... 350 °С.

Критерием оптимальности принятой технологии изготовления отливок из титановых сплавов, кроме их качества, является удельный расход жидкого металла. Считают, что эта величина не должна быть больше 2,5 г на тонну годных отливок. Снижения удельного расхода достигают максимальным наполнением контейнера формами с тем, чтобы возможно полно использовать массу плавки, применением рациональных литниковых систем, уменьшением расхода металла на разбрызгивание.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >