Разработка чертежа отливки включает выбор положения отливки в пресс-форме, места подвода расплава, конструкции литниковой и вентиляционной системы, назначение припусков на обработку резанием, уклонов, допусков на размеры согласно существующим нормативам и рекомендациям.
Положение отливки в пресс-форме и плоскость ее разъема назначают так, чтобы обеспечить:
- Извлечение отливки из неподвижной части формы.
- Минимальное число разъемов и удобство извлечения стержней.
- Рациональное расположение литниковой и вентиляционной систем.
- Такое расположение отливки в пресс-форме, при котором образующийся облой не влиял бы на ее точность и мог бы быть отделен от отливки механизированным способом.
Съем отливки из пресс-форм манипулятором или роботом.
Литниковая система отливки представляет собой совокупность каналов, по которым жидкий металл поступает из камеры прессования в оформляющую плоскость пресс-формы.
Литниковая система должна обеспечивать наилучшее заполнение полости пресс-формы без спаев и недоливов, получение отливок с минимальной пористостью и хорошей чистотой поверхности, удаление воздуха и газов из полости пресс-форм в процессе заливки.
При конструировании литниковой системы необходимо правильно определить: местоположение литника по отношению к отливке; площади сечений и геометрию элементов литниковой системы.
При литье под давлением основным расчетным элементом литниковой системы является сечение впускного канала питателя. Размеры питателя влияют на режимы литья и, следовательно, от них зависит качество отливок.
В зависимости от расположения литникового хода или камеры прессования по отношению к отливке литниковые системы делят на три типа (рис.23).
Прямая литниковая система обеспечивает заполнение направленным сплошным потоком металла. Ее можно применять только в одногнездных пресс-формах для отливок, не имеющих центральных окон или отверстий. Площадь поперечного сечения впускного канала соответствует в пресс-формах машин с вертикальной камерой прессования площади поперечного сечения литникового хода (рис.24,а), а в пресс-формах машин с горизонтальной камерой — площади поперечного сечения пресс-остатка (рис.24, б).
Рис.23. Различные конструкции пресс-форм с внутренней литниковой системой: а — прямая литниковая система, подводящий канал отсутствует, литниковый ход (или камера) прессования непосредственно переходит в полость отливки; б — внутренняя литниковая система, подвод металла осуществляется внутри контура проекции отливки на плоскость разъема; в — внешняя (или боковая) литниковая система, металле подводится к внешнему контуру проекции отливки по плоскости разъема
В случаях изготовления толстостенных отливок прямая литниковая система дает возможность снизить скорость впуска, как это делается при акурад-процессе или заполнении пресс-формы жидкотвердым сплавом по принципу минимального трения. В случаях заливки пресс- формы высокоскоростным потоком жидкого металла в месте подвода литника происходит очень сильный привар.
Внутреннюю литниковую систему применяют в одногнездных пресс-формах, предназначенных для отливок с центральным отверстием, размеры которого допускают размещение подводящих литниковых каналов. В пресс-формы для небольших цилиндрических отливок металл подводят непосредственного из литникового хода по кольцевому питателю, для более крупных отливок используют отдельные подводящие каналы и питатели, примыкающие к внутреннему контуру отверстия. При установке специального рассекателя, препятствующего затеканию металла в полость пресс-формы до начала запрессовки, внутреннюю литниковую систему можно применять в пресс-формах машин с горизонтальной камерой прессования. Конструкция внутренних литниковых систем позволяет значительно уменьшить размеры пресс-форм.
Внешняя (или боковая) литниковая система представляет собой наиболее распространенный вариант подвода металла к полости пресс- формы. Ее можно применять в некоторых случаях вместо прямой литниковой системы для тонкостенных отливок без центрального отверстия (рис.25, а) или для отливок с небольшим центральным отверстием (рис.25,6).
Для многогнездных пресс-форм внешняя литниковая система является единственно возможным способом подвода металла к отливкам. В целях создания сплошного потока типа гидравлического подпора при впуске металла в полости многогнездных пресс-форм рекомендуется применять коллекторы (рис.26, а). Направление подводящих каналов от коллектора к отливкам по возможности должно быть таким, чтобы металл попадал в них после заполнения коллектора (рис.26,6).
Коллекторы используют также в одногнездных пресс-формах для крупногабаритных отливок с целью осуществления одновременного подвода металла в различные точки оформляющей полости.
Нередко приходится создавать комбинированные боковые или внешние литниковые системы, имеющие сеть подводящих каналов и коллекторов.
Проектирование литниковой системы начинают с определения места установки питателя, соблюдая условия: избегать лобового удара струи о стенки большой протяженности, стержни, выступы, вызывающие завихрения в потоке; лучше, если поток будет их обтекать; избегать встречи потоков расплава в форме; расплав должен поступать параллельными струями; располагать питатель так, чтобы движение потока расплава способствовало последовательному вытеснению воздуха и продуктов разложения смазочного материала через вентиляционные каналы из полости пресс-формы.
Расчет литниковой и вентиляционной систем. На рис.27 приведена проекция отливки ’’Крышка люка картера” двигателя М-412. Для экономии металла высота пресс-остатка должна быть минимальной, но не меньше входного отверстия литникового хода для машин с вертикальной камерой и не меньше размера входного отверстия в подводящий канал для машин с горизонтальной камерой прессования.
Оформление и направление подводящего канала и место расположения питателей должно быть выбрано так, чтобы выполнялись следующие условия: металл полностью заполнял формы; сложные и дорогие формы не должны изнашиваться от размывающего действия потока; течение потока не должно вызывать местного перегрева формы; предоставлялась возможность полного удаления газов из полости формы; не портить внешнего вида отливки.
Очень важно оформление перехода от литникового канала к питателю. Благодаря торможениям потока здесь выделяется большое количество тепла, которое необходимо отводить в охлаждающие системы.
Одним из главных принципов конструирования литниковой системы является принцип сужения каналов от камеры прессования к пресс-форме. В пресс-формах, проектируемых для машин с горизонтальной камерой прессования, почти всегда можно осуществить сужение литниковой системы, в котором поток металла приобретает установившееся движение, находясь в канале питателя. Сужающаяся литниковая система уменьшает захват воздуха первыми порциями расплавленного металла, тогда как в условиях расширяющейся литниковой системы воздух попадает через питатель в оформляющую полость. Площадь поперечного сечения питателей в литниковых системах любой конструкции делают меньше площади сечения подводящего канала или коллектора. Проходя через такой питатель, поток металла начинает двигаться с ускорением. В ускоряющемся потоке пузырьки воздуха объединяются и выносятся в промывник.
Обычно сечение питателя имеет прямоугольную форму, а сечение а ширину подводящего канала по формуле
подводящего канала — трапециевидную (рис.28). Площадь поперечного сечения подводящего канала
Толщину подводящего канала (или коллектора) НП.К можно рассчитать по эмпирической формуле
Питатели. Размеры питателя влияют на режимы литья и, следовательно, от них зависит качество отливок. Определение размеров питателей вследствие сложности физико-химических процессов, происходящих при заполнении формы, вызывает значительные трудности. Поэтому на практике используют методы расчета, основанные на опытных и практических данных.
Площадь поперечного сечения питателя определяется по формуле
Метод сложен, поэтому на практике часто определяют минимальные площади сечений питателя, пользуясь коэффициентами К, выведенными опытным путем.
Расчет основан на том, что произведение ϫVt, входящее в знаменатель формулы, можно считать постоянной величиной для каждой группы сложности отливок. Тогда
где Fn — площадь поперечного сечения питателя.
Экспериментальные коэффициенты К для расчета сечений питателя приведены в табл.29.
Практические способы расчета сечений питателей с применением коэффициента К основаны на обобщении производственного опыта на заводах ЗИЛ, УМПО.
Выбор размеров питателя (тонкий и толстый) зависит от толщины стенки (σ, мм) и конфигурации отливок. При ленточной форме питателя его толщина составляет 0,66σ для простых отливок со стержнем, (0,5-0,66)σ для сложных отливок с большими стержнями, 0,5 Ϭσ для сложной отливки с большим количеством стержней.
Ширина питателя определяется по формуле:
Скорость течения жидкого металла при заполнении формы в литниковой системе должна быть существенно меньше, чем в питателе.
Ниже приведены толщины питателей [тонкого (1) и толстого (2)], соотношение объемов отливки к сечению и скорость металла в питателе для сплавов разного вида и сложности:
Вентиляционные каналы служат для удаления газа и воздуха из оформляющей плоскости при высокотурбулентном заполнении ее жидким сплавом. Они должны быть такими, чтобы брызги сплава при распылении струи не могли бы их закупорить (рис.29).
При заполнении формы сплошными потоками вентиляционные каналы устанавливают в местах, наиболее удаленных от питателя, или местах образования потока расплава. При заполнении дисперсным потоком вентиляционные каналы следует располагать на всех участках заполнения.
Вентиляционные каналы обычно выполняют в плоскости разъема пресс-формы. Они имеют вид прямоугольных приточек, толщина (глубина) σВ которых зависит от вида заливаемого сплава. При условии заливки их в жидком состоянии (при заливке жидко-твердых сплавов) значения σВ могут быть увеличены в два-три раза. Ширина каждого канала не должна превышать 5 мм в целях облегчения условий удаления облоя при обдувке пресс-формы. Ниже приведены значения σВ, мм:
Для лучшего удаления газов и воздуха вентиляционные каналы делают на вставках в плоскости и на подвижных и неподвижных полу- формах. На рис.30 показано расположение вентиляционных каналов на неподвижной полуформе ’’Блок цилиндров”.
Промывники применяются для уменьшения пористости отливок. Они предназначены для промывки полости пресс-формы жидким металлом. Промывники соединяют с оформляющей полостью через канал. Обычно их располагают на противоположной стороне питателя (см.рис.27).
Толщина соединительного канала σс.к должна быть 0,2-0,5 мм.
Толщина канала зависит и от других факторов. Если сделзть ее равной толщине питателя, то поток, достигнув соединительного канала, сразу заполнит его металлом, в котором будет еще мало газовых пузырьков.
Для расчета толщины соединительного канала служит следующая зависимость:
Промывники для удаления газовой смеси из металла можно одновременно располагать по наружному и внутреннему контурам отливки. Все промывники должны иметь индивидуальные выталкиватели.
В зависимости от конфигурации и сложности отливки авторы рекомендуют следующие размеры промывников (табл.30).
Количество их устанавливается в зависимости от расположения литниковой системы и конфигурации отливаемой детали. Объем промывников применяют равным 10-20 % от объема отливки.
Ширина соединительного канала между полостью формы и промыв- ником составляет (0,5-0,66) части от ширины промывников.
