Литниковая система Советский патент 1992 года по МПК B22C9/08 

Изобретение относится к литейному производству.

Цель изобретения - повышение качества отливок путем уменьшения величины гидроудара и колебаний расплава в форме.

На фиг. 1 изображен выпор над отливкой; на фиг. 2 - то же, вид сбоку.

Литниковая система состоит из воронки 1, стояка 2, литниковых каналов 3, питателя 4 и выпора 5.

Площадь поперечного сечения входного отверстия выпора 5 определяется из соотношения FBX 1,0...1,5 /г Fn. а площадь поперечного сечения выпора в 2,.,4 раза больше площади поперечного сечения его входного отверстия, где /и - коэффициент расхода литниковой системы, Fn - площадь поперечного сечения питателя /питателей/.

Е ыполнение площади поперечного сечения входного отверстия выпора FBx в указанных пределах обеспечивает снижение давления при гидроударе до нуля /относительно статического напора/. Как показали эксперименты, при FBX 1,0// Fn давление при гидроударе больше нуля: при FBX 1,5

/л Fn происходит резкое возрастание амплитуды колебаний расплава в форме. Минимальное значение числового коэффициента, равное 1,0, соответствует, скругленной кромке входного отверстия выпора: максимальное, равное 1.5 - выпору без скругле- ния кромки его входного отверстия.

Площадь поперечного сечения выпора FB в 2...4 раза больше сечения его входного отверстия обеспечивает уменьшение амплитуды колебаний расплава в форме и быстрое их затухание после окончания заливки. Как известно, указанные процессы являются факторами образования литейных дефектов. Как показали эксперименты, если площадь поперечного сечения выпора превосходит площадь поперечного сечения его входного отверстия менее чем в 2 раза, то возрастает амплитуда колебаний расплава в форме; при FB 4FBX снижения величины гидроудара и колебаний расплава в форме практически не происходит, а металлоемкость литниковой системы возрастает, поэтому соотношение F8 4FBX нецелесообразно. Кроме того, снижение амплитуды

СО

1 о о ел ю о

давления колеблющегося расплава в форме после окончания ее заливки до величины меньшей, чем изменения газового давления в форме от нагрева, нецелесообразно. Известно, что газовое давление в полости формы составляет порядка десятков гекто- паскалей, что соответствует нескольким (в среднем - 2...3) сантиметрам металлическо- го столба. амплитуда колебаний давления в форме и обеспечивается при площади поперечного сечения выпора в 2...4 раза больше площади поперечного сечения его входного отверстия. Уменьшение площади поперечного сечения входного отверстия выпора по сравнению с основным сечением улучшает отделение литниковой системы от отливки. Это также практически исключает выламывание тела отливки при отделении выпора.

В случае применения нескольких выпоров (по технологическим соображениям) суммарные площади поперечных сечений выпоров и их входных отверстий должны соответствовать предлагаемым соотношениям.

Выпор, включая его входное отверстие, может быть иметь различную геометрическую форму сечения: круглую, квадратную и др Оптимальной является круглая форма, т.к. технологична, имеет минимальное гидравлическое сопротивление и обеспечивает минимальную турбулизацию потока расплава при его движении в выпоре. Однако на эффективность гашения гидроудара форма сечения выпора практически не влияет.

Литниковая система работает следующим образом.

Заливаемый расплав через воронку 1, стояк 2, литниковые каналы 3 и питатель 4 поступает в полость формы 6.

В момент соприкосновения зеркала ме- таллас верхней стенкой формы расплав тормозится; его кинематическая энергия переходит в потенциальную - повышается давление. Начинает развиваться процесс гидравлического удара.

Так как в это время в выпоре 5 давление близко к атмосферному, повышенное (по сравнению с ним) давление в полости формы 6 вызывает истечение расплава в выпор. В результате оттока жидкости из полости формы 6 давление в ней уменьшается; при этом чем больше площадь поперечного сечения входного отверстия FBX выпора, (см. фиг 1, 2), тем интенсивнее отток жидкого металла из полости формы 6, а следовательно, меньше амплитуда гидроудара. Однако уменьшать амплитуду гидроудара, например, до нуля (относительно атмосферного

давления) не имеет смысла, т.к. в результате заполнения формы давление в полости 6 становится равным статическому.

Расплав после прохождения входного

отверстия выпора 5 резко снижает скорость в его расширенной части, Снижение скорости обеспечивает плавный подъем расплавленного металла в выпоре и небольшие его колебания в форме.

В таблице представлены результаты физического моделирования литниковых систем. Примеры №№1-5 показывают характер величины гидроудара и амплитуды колебаний уровня жидкости в выпоре при измене FB ,

нии FBX; при этом отношение -- близко к

FBX

3, т.е. оптимально. Примеры №№ 6-10 показывают характер изменения указанных веFB

личин от отношения -- при неизменном

FBX

оптимальном сечении FBx- Как видно из таблицы, если FBX 1,0/ Fn, то при гидроударе имеет место повышение давления в полости формы 6 выше статического /пример № 1/.

Если FBX 1,5/4 Fn, то, хотя величина гидроудара меньше статического напора, резко возрастает амплитуда колебаний уровня расплава в выпоре 5 и давления в полости формы 6 после окончания заливки /пример

№5/.

Если Fei2FBx, , то амплитуда колебаний уровня в выпоре, и соответственно, давления в форме после окончания заливки увеличиваются (пример № 6) При FB 4FBx,

величина гидроудара меньше статического

напора и амплитуда колебаний давления после окончания заливки не превышает среднего газового давления в полости формы от ее нагрева, однако обьем и масса выпора

(пример № 10) почти в 1,5 раза больше по сравнению с оптимальным (примеры №№ 3 и 8).

Параметры литниковой системы, указанные в примерах №№ 2-4 и 7-9 о бес- печивают безударное заполнение и минимальную амплитуду колебаний уровня расплава в выпоре и давления в форме после окончания заливки.

Формула изобретения

Литниковая система, содержащая стояк, питатель и выпор, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества отливок путем уменьшения величины гидроудара и колебаний расплава в форме, площадь поперечного сечения входного отверстия выпора определяется из соотношения

,0 1,,

где i - коэффициент расхода литниковой системы, Fn - площадь поперечного сечения питателя, а площадь поперечного сечения

выпора в 2..,4 раза больше площади поперечного сечения его входного отверстия.

Использование: при заливке расплава в форму. Сущность изобретения: литниковая система содержит стояк, литниковые каналы, питатель и выпор, причем площадь поперечного сечения выпора больше площади поперечного сечения входного его отверстия в 2...4 раза, а площадь поперечного сечения входного отверстия выбирают из соотношения FBx -0...1,5/иfn, где//-- коэффициент расхода литниковой системы; Fn - площадь поперечного сечения питателя. Такие сечения позволяют уменьшить гидроудар и колебания расплава в форме. 2 ил. 1 табл.

0,25

0,25 0,25 0,25 0,25

0,25 0,25 0,25 0,25 0,25

0,70 0,70 0,70 0,70 0,70

0,70 0,70 0,70 0,70 0,70

0,95 0,95 0,95 0,95 0,95

0,95 0,95 0,95 0,95 0,95

0,30 1,00 1,25 1,50 1,60

1,25 1,25 1,25 1,25

1,25

2,52

2,80 3,50 4,20 4.48

3,50 3,50 3,50 3,50 3,50

3,42 3,80 ,75 5,70 6,08

,75 ,75 ,75 4,75 .75

0,90 1,00 1,25 1,50

МО

1,25 1,25 1,25 1,25 1,25

0,90 1,00 1,25 1,50 1,60

1,25 1,25 1,25 1,25 1,25

0,90 ,00 ,25 ,50 ,60

,25 ,25 ,25 ,25 ,25

2,70 3,00 3,75

4,50 4,80

2,00 2,50 3,75 5,00 5,50

7,07

8,04

10,18

12,56

13,82

6,16

7,00

10,18

14,00

15,21

10,26 11,40 14,25 17,10 18,24

14,25

19,00

20,90

Примечания. 1, Статический напор Нст 25 см. 2. Площадь поперечного сечения питате 3.Величине гидроудара - относительно уровня металла в заливочной чаше.

25 см. 2. Площадь поперечного сечения питате

15

О

-4

-8

-13

-1

-3 -4

7

-3

17

-1 -3 -8

-13

О

-4

-3

-8

-4

18

О

-2

-4

-10

О

О

-2

-1

-2

3 1 3 3 7

8 3

1

1 1

5 2 2 3 6

7 3

2 1 1

6 3

3 2

4

10

4

3

2

2

3 О

О

о 1

2 О О

о

о

3

о о о

1

1 о о

о JJ

2

о о о

1

1 о о о

о

25 см. 2. Площадь поперечного сечения питате носительно уровня металла в заливочной чаше.

25 см. 2. Площадь поперечного сечения питателя Fn 4,0 см2

/ Т/

W v

i

ii i/ NS V /Y

4//iч

ЛУ/jV

;

/i/f

/ i

J

/;

л

$иг. 2;