ПРИБЫЛИ И ЛИТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ

ПРИБЫЛИ

Назначение прибылей

У сталей общая объемная усадка (в жидком состоянии и при затвердевании) в зависимости от химического состава достигает 4—7 %. При производстве отливок она проявляется в виде усадочных раковин и усадочных пор. Чем крупнее отливка и больше ее толщина, тем больших размеров формируется усадочная раковина, а также протяженнее становится зона усадочной пористости. В стальных отливках усадочные раковины не допускаются. А усадочная пористость частично может до пускаться, но это зависит от уровня требований, предъявляемых к отливкам: чем эти требования выше, тем ниже допустимая пористость.

Поэтому для получения качественных по усадочным дефектам отливок необходимо, как правило, компенсировать объемную усадку стали. Исключение составляют мелкие отливки с одинаковой небольшой толщиной стенок, у которых усадочные раковины вследствие малости размеров трансформируются в усадочные поры.

Процесс компенсации объемной усадки сплава при литье называют питанием отливки. Источником питания служит прибыль. Прибыль это элемент литниковой системы для питания отливок в период затвердевания с целью предупреждения образования усадочных раковин. При заливке формы металлом в прибыли происходит накопление жидкого металла, идущего на компенсацию объемной усадки затвердевающей отливки. После формирования отливки прибыль отделяют от нее, как и всю литниковую систему, и утилизируют.

Для эффективной работы прибыли необходимо обеспечивать направленность затвердевания металла в полости формы от торцевых частей или периферийных областей к внутренним, от тонких стенок к толстым, а от самой толстой части отливки к прибыли. При наличии протяженных стенок одинаковой толщины направленность затвердевания создают утолщением стенки в направлении к прибыли. Этому же способствует интенсивное охлаждение периферийных областей и замедленное около прибыльных областей.

Часть отливки, затвердевающую в последнюю очередь, называют тепловым, центром. Он требует питания от прибыли. При этом количество прибылей обычно равно

числу тепловых центров. Требуют питания и отливки, имеющие толстые протяженные стенки одинакового сечения, хотя они не имеют явных тепловых центров. В зависимости от размеров таких стенок и их расположения в форме для питания используют одну и более прибылей. При этом каждая прибыль действует автономно и имеет свою зону питания. В отливках с сочленениями стенок разной толщины части отливки с большей толщиной стенок могут выполнять функции прибыли. В этом случае для них общим тепловым центром становится часть отливки с максимальной толщиной стенок.

Для полноценного обеспечения питания отливки, снижения расхода металла, а также для удобства выполнения технологических операций при формовке и финишной обработке отливок прибыли должны отвечать следующим требованиям.

1. Металл в прибыли всегда должен затвердевать позже, чем в теп ловом центре зоны питания.

2. Количество жидкого металла в прибыли должно быть достаточно для полной компенсации объемной усадки металла отливки или ее питаемой части.

3. Уровень металла в прибыли всегда должен быть выше уровня металла в питаемом узле.

4. Геометрия прибыли, ее расположение в форме и сочленение с отливкой должны быть технологичными, т. е. обеспечивать удобство формовки, а также легкость отделения прибыльной части от отливки.

5. Прибыль должна быть экономичной, т. е. расход металла на питание отливки должен быть минимальным.

Классификация прибылей

По последовательности заполнения жидкого металла различают прибыли проливные (проточные) и сливные (рис. 7.1).

Проливные прибыли размещают перед отливкой (рис. 7.1, а). Жидкий металл в такие прибыли поступает непосредственно от литниковой системы, а в полость отливки он попадает уже из прибыли. Вследствие этого к моменту полного заполнения формы температура жидкой стали в прибыли выше, чем в отливке.

Сливные прибыли в отличие от проливных размещают за отливкой (рис. 7.1, 6). В этом случае жидкий металл из литниковой системы сначала попадает в полость отливки, а из нее уже в прибыль. Соответственно в прибыли металл имеет более низкую температуру, чем в отливке.

По связи с атмосферой различают прибыли открытые и закрытые (рис. 7.2).

Открытые прибыли не имеют с верхней стороны стенки формы, поэтому поверхность металла в них непосредственно контактирует с атмосферой (рис. 7.2, а).

Закрытые прибыли имеют верхнюю стенку, выполненную литейной формой (рис. 7.2, б). Поэтому такие прибыли не имеют непосредственного контакта с атмосферой.

С теплотехнической позиции открытые прибыли в стальном литые менее экономичны, так как у них через открытую верхнюю поверхность теплоизлучением теряется почти в три раза больше тепла, чем через равновеликую верхнюю поверхность закрытой прибыли. Но открытые при были всегда осуществляют питание отливок под действием атмосферного давления. Последнее эквивалентно действию статического напора жидкой стали высотой 1400—1500 мм. Поэтому открытые прибыли обеспечивают весьма эффективное питание отливок.

В закрытых прибылях действие атмосферного давления прекращается после формирования на поверхности прибыли прочной твердой корки затвердевшего металла. В последующем в полости таких прибылей создается разрежение. При этом движущая сила питания ослабевает и эффективность питания отливки снижается. Поэтому, учитывая тепло- технические преимущества закрытых прибылей, стремятся придать им преимущества открытых прибылей или даже усилить их. В зависимости от применяемого для этой цели технологического приема закрытые прибыли дополнительно подразделяют на прибыли, работающие под атмосферным, газовым и воздушным давлением.

Закрытые прибыли, работающие под атмосферным давлением, имеют тонкий газопроницаемый стержень, вставленный в полость прибыли через боковую или верхнюю стенку (рис. 7.2, н). Торец такого стержня быстро прогревается и металл на нем не затвердевает, а газопроницаемость стержня обеспечивает необходимое сообщение с атмосферой. По этому такая прибыль обладает преимуществами как открытой, так и закрытой прибыли. Роль газопроницаемого стержня может выполнять и конусный выступ (болван), размещенный на верхней поверхности прибыли (рис. 7.2, г). Этот вариант более технологичен и менее трудоемок при формовке.

Закрытые прибыли, работающие под газовым давлением, имеют вместо газопроницаемого стержня газотворный патрон (рис. 7.2, д). В патроне в качестве заряда содержится смесь мела и кокса (угля). Углекислый кальций мела под действием тепла жидкой стали разлагается с выделением диоксида углерода СО₂. Последний в свою очередь взаимодействует с углеродом кокса с образованием монооксида углерода СО. Выделяющиеся и образующиеся газы при температурах свыше 900 ^оС создают в полости прибыли сверхатмосферное давление. Это способствует увеличению движущей силы питания и повышению его эффективности.

Закрытые прибыли, работающие под воздушным давлением, имеют помещенную в полость прибыли керамическую вставку с отверстиями (рис. 7.2, е). Вставка через стальную трубку и гибкий шланг соединена с воздушным компрессором. После формирования прочной корки на поверхности прибыли включают компрессор и в полости прибыли создают воздушное давление, которое в 4—6 раз превышает атмосферное.

По расположению относительно питаемого узла различают прибыли прямого действия и отводные (рис. 7.2, а и 7.3).

Прибыли прямого действия непосредственно сочленены с тепловыми узлами отливок и их размещают над ними. Поэтому их еще называют верхними (рис. 7.2).

Прибыли отводные сочленены с тепловыми узлами отливок через горизонтальные или наклонные шейки и их размещают сбоку тепловых центров. Поэтому их еще называют боковыми (рис. 7.3, а).

Прибыли прямого действия более эффективны, чем отводные, так как в них при одинаковой высоте прибыли обеспечивается больший металлостатический напор.

По условиям охлаждения прибыли относительно отливки различают прибыли обычные, теплоизолированные и обогреваемые (рис. 7.3).

Обычные (равноохлаждаемые) прибыли выполняют такой же формы, как и отливки — из одинакового формовочного материала (рис. 7.2, а, б и 7.3, а). Поэтому внешние условия охлаждения в них металла идентичны.

Теплоизолированные прибыли формуют из менее теплопроводного материала, чем отливки (рис. 7.3, 6). для этого используют предварительно изготовленные оболочковые стержни-вкладыши 3 из специальной смеси с низкой теплоаккумулирующей способностью.

Обогреваемые прибыли имеют внешний источник тепла (рис. 7.3, в). Их обогревают теплотой экзотермической реакции, электрическим током или газом. В первом случае, как и в теплоизолированной прибыли, используют оболочковые стержни-вкладыши 4, но изготовленные из экзотермической смеси. Основными тепловыделяющими компонентами такой смеси являются алюминиевый порошок, окислитель (железная руда или окалина) и наполнитель (шамотный порошок). Под действием теплоты жидкой стали вкладыши нагреваются, а затем компоненты экзотермической смеси вступают во взаимную реакцию с выделением большого количества тепла. Поэтому охлаждение металла в прибыли или тормозится, или вовсе блокируется. Это позволяет в 2—4 раза уменьшить расход металла на прибыли.

Обычные прибыли при наличии открытой верхней поверхности так же могут функционировать как частично теплоизолированные или частично обогреваемые. Для этого поверхность расплава в открытой поверхности прибыли присыпают соответственно теплоизолирующим материалом или экзотермической смесью.

По геометрической форме прибыли классифицируют на цилиндрические, шаровые, призматические и комбинированные (рис. 7.4).

Шаровые прибыли с теплотехнической позиции наименее эффективны. Кроме того, они нетехнологичны при формовке, так как имеют цилиндрическую шейку меньшего диаметра по сравнению с шаром (рис. 7.4, а). Это создает дополнительные проблемы извлечения модели прибыли при горизонтальной поверхности разъема формы. Хотя этот недостаток в некоторых случаях (при использовании выжигаемых или выплавляемых моделей, при вертикальном разъеме формы) устраняется, но ввиду

изложенного выше диаметр шейки увеличивают до диаметра шара, трансформируя нижнюю часть шаровой прибыли в цилиндрическую.

Цилиндрические прибыли технологичны при формовке и вполне экономичны. Поэтому их используют наиболее часто. Для удобства формовки такие прибыли имеют прямой или обратный (рис. 7.4, б) уклон. При большом уклоне они трансформируются в конические прибыли.

Призматические прибыли применяют весьма часто. Сечения таких прибылей определяются конфигурацией места их установки, т. е. термического узла. Они могут быть прямоугольными, овальными, чечевицеобразными, кольцевыми и сложно фигурными (рис. 7.4, в, г).

Комбинированные прибыли сочетают в себе геометрические характеристики перечисленных выше прибылей. Наиболее типичными примерами являются цилиндро-шаровые прибыли, у которых нижняя часть имеет цилиндрическую форму, а верхняя представляет собой полушар (рис. 7.4, д), или цилиндро-призматические прибыли, у которых нижняя часть выполнена в виде горизонтальной призмы, а верхняя — в виде горизонтального полуцилиндра (рис. 7.4, е).

По способу отделения от отливки прибыли классифицируют на легкоотделяемые и отрезные (рис. 7.5).

Легкоотделяемые прибыли имеют тонкую шейку (рис. 7.5, а). Наличие тонкой шейки позволяет значительно сократить трудоемкость отделения прибыли от отливки. Небольшие прибыли отделяются при несильном ударе. Поэтому их еще называют отбивными. для формирования тонкой шейки используют специальные разделительные стержни - диафрагмы.

Отрезные прибыли не имеют тонкой шейки. Для их отделения от отливок применяют разнообразные способы и инструменты. Большинство рассмотренных выше прибылей относятся к отрезным.

По числу питаемых узлов прибыли классифицируют на индивидуальные и групповые.

Индивидуальные прибыли питают одну отливку или часть отливки.

Групповые прибыли имеют несколько питаемых узлов. При одновременном питании нескольких (группы) узлов из одной прибыли объем ее намного меньше суммарного объема индивидуальных прибылей, обеспечивающих эквивалентное питание. Поэтому групповые прибыли более экономичны, чем индивидуальные (рис. 7.6).

Расчет прибылей

⇐ Предыдущая 22 23 24 25 262728 29 30 31 Следующая ⇒