чем отличаются наружные и внутренние холодильники литейной формы
Питающие элементы литьевых форм. Прибыль. Выпор. Холодильники.
Питающие элементы. Они обеспечивают питание отливки жидким металлом в процессе ее затвердевания. К ним относят прибыли и выпоры.
— элемент литниковой системы, предназначенный для компенсации усадки металла при затвердевании отливки. Чаще всего прибыли используют при производстве отливок из сплавов с большой усадкой (сталь, высокопрочный чугун, алюминиевые сплавы и др.). Прибыль в форме выполняют в виде полости — резервуара для расплава, который затвердевает в нем в последнюю очередь. Прибыль должна быть массивнее питаемого узла (или стенки) отливки; при этом усадочная раковина образуется в прибыли, а отливка будет плотной. Пример расположения прибылей в форме изображен на рис. 34.
Рис. 34. Пример изготовления прибылей литьевых форм:
1 — полость для прибыли
— вертикальный канал в верхней полуформе, соединяющий полость формы с атмосферой. Назначение выпора — выведение газов из формы, контроль заполнения формы, перепускание расплава, местное питание отливки в процессе ее затвердевания.
Модель выпора устанавливают при формовке на самом высоком месте модели. Количество выпоров зависит от размеров и конфигурации отливки. В форме для крупных отливок устанавливают два и более выпоров. Для протяженных плоских отливок применяют отводной выпор, который устанавливают в противоположном от питателей конце формы.
Не рекомендуется ставить выпор на массивных частях отливки, так как, затвердевая первым, он будет питаться за счет отливки, в которой при этом может образоваться усадочная раковина. Перепускание расплава через выпор доливанием в чашу приводит к удалению загрязнений и уплотнению отливки. Перепускать надо достаточно большой объем расплава, иначе загрязнения соберутся под выпором. В мелких формах выпор не устанавливают, так как газы могут свободно удаляться и через достаточно тонкий слой формовочной смеси, и зазоры по плоскости разъема.
Холодильники. Их применяют для увеличения скорости охлаждения отливки в ее массивных частях и выравнивания скорости охлаждения толстых и тонких стенок. Применение холодильников способствует повышению плотности металла отливки в месте его установки, а также создает в ряде случаев направленное затвердевание в отливке.
Различают внешние и внутренние холодильники (по отношению к отливке). Примеры установки в форме внешних холодильников представлены на рис. 35.
Рис. 35. Внешние холодильники литейных форм:
а — под фланцем отливки, б — под полкой, в — сбоку массивного узла, г — в углу, д—в углах Т-образной стенки, е—сверху Т-образной стенки, ж — комбинированный
Наружные холодильники, как правило, вклеивают в форму, для этого используют клеи на основе жидкого стекла. Эффективность внешних холодильников ниже, чем внутренних, но применяют их чаще, так как они не нарушают сплошности металла в отливке. Примеры различного исполнения внутренних холодильников приведены на рис. 36.
Рис. 36. Внутренние холодильники литьевых форм: а, б — шпильки, в — проволочная спираль, г — металлическая пластина
Непременным условием применения внутренних холодильников является их полное расплавление. При изготовлении крупных отливок (рис. 37) в качестве xoлодильников используют металлические прутья, подвешиваемые в полости формы на перекладине. Это позволяет ускорить охлаждение массивной отливки, повысить плотность металла во всем объеме отливки и особенно в зоне установки внутренних холодильников.
Рис. 37. Внутренние холодильники в крупной отливке:
1 — металлические прутья (холодильники), 2 — прибыль, 3 — металлические перекладины
Pereosnastka.ru
Обработка дерева и металла
В литейном производстве под холодильниками понимают металлические (стальные, графитовые и чугунные) приспособления, куски стали и чугуна, стальную витую стружку и др., которые используют для усиленного охлаждения утолщенных (массивных) частей отливки и равномерного остывания всех ее частей. Применение холодильников, обладающих большой теплопроводностью и теплоемкостью, предупреждает образование в отливках усадочных раковин и внутренних напряжений.
Холодильники бывают наружные и внутренние. Наружные холодильники (рис.98) устанавливают в литейной форме с внешней стороны массивной части отливки. Наружные холодильники по конструктивным особенностям подразделяются на следующие группы: плоские, прямолинейные круглые, квадратного и другого постоянного профиля, криволинейные постоянного профиля и фасонные переменного профиля. По способу изготовления их различают: вырезанные (рис. 98, а—д) и литые (рис. 98, е—/с).
На рис. 99 показаны наружные графитовые холодильники, применяемые для охлаждения утолщенных мест в отливках.
Примеры использования плоских фасонных холодильников для ускорения охлаждения направляющих станин показаны на рис. 100. Холодильники устанавливают в литейную форму в шахматном порядке с зазором между отдельными элементами 2—3 мм, который затем засыпают сухим песком и пропитывают растительным маслом.
Внутренние холодильники (рис. 101) устанавливают в полости литейной формы, которые имеют массивные части отливки. Для внутренних холодильников используют куски круглых стальных заготовок (рис. 101, а), гвозди (рис. 101, б), металлическую стружку (рис. 101, в), проволочную спираль (рис. 101, г), арматуру, составляемую из стальных прутков, полос и др. (рис. 101, д).
Чтобы достичь хорошей свариваемости внутреннего холодильника с отливкой, не снимая ее механических свойств, материал для внутреннего холодильника должен иметь одинаковый с отливкой химический состав. Перед установкой внутреннего холодильника в литейную форму его очищают от масла, грязи и прочих засорений. Для более ответственных отливок поверхность холодильников лудят.
На рис. 102 показана литейная форма для отливки крупного шабота, во внутреннюю полость которой установлен внутренний холодильник, составленный из большого числа стальных прутковых элементов. Такой холодильник ускоряет охлаждение внутренних слоев сплава отливки, выравнивая тем самым скорость ее охлаждения в целом, и предотвращает образование усадочной раковины.
Рис. 98. Типы наружных холодильников:
а — д — вырезанные, е — к — литые
Изготовление наружных холодильников. Наружные холодильники изготовляют литьем, осуществляемым сырой и сухой формовкой в почве и в опоках. Плоские, прямолинейные наружные холодильники вырезают из стальных листов, полос, прутков и проволоки на отрезных станках, прессах, ножницах.
Рис. 99. Типы наружных графитовых холодильников:
а, б — простой конфигурации, в, г, д — сложной конфигурации
Рис. 100. Наружные холодильники, используемые при отливке станин:
а — плоские, б — фасонные
Изготовление внутренних холодильников. Внутренние холодильники типа кусков прутковой стали, гвоздей и т. п. не изготавливают, а получают с других цехов или заводов как отходы производства с механической обработкой заготовок на токарных, револьверных и других станках. Технологический процёсс изготов ления спирального внутреннего холодильника состоит из следую щих операций (рис. 103): – отрезка трех прутковых заготовок (рис. 103, а); – отрезка прутковой заготовки для навивки спирали (рис. 103, б) – установка трех прутковых заготовок 1 в гнезда шаблонов 2 и 3 с той же целью, чтобы заготовки заняли необходимое в холодильнике положение (рис. 103, в); – навивка проволоки спиралью на сердечник (рис. 103, г) с закреплением концов проволоки на сердечниках; – скрепление вязальной проволоки спирали с сердечниками.
Рис. 101. Виды внутренних холодильников:
а — круглая заготовка, б — гвозди, в — металлическая стружка, г — специальная проволочная спираль, д — специальная конструкция из стальных прутков, полос и т. д.
Рис. 102. Литейная форма с внутренним холодильником для получения крупного шабота
Рис. 103. Процесс изготовления спирального внутреннего холодильника: а — отрезка трех прутковых заготовок, б — отрезка прутковой заготовки для спирали, в — сборка трех заготовок с сердечниками. г — навивка проволочной заготовки спирально на три собранные прутковые заготовки
При установке спирального холодильника в форму концы сердечников входят в предусмотренные в основании полости отвер-стия, сделанные душником соответствующего диаметра.
§ 8. Холодильники в литейных формах. Внутренние, наружные холодильники.
называют металлические вставки, которые устанавливают в литейную форму для ускоренного охлаждения массивных частей отливки. Холодильники, обладая большей теплопроводностью и теплоемкостью, чем материал стенок песчаных форм и стержней, выравнивают скорость охлаждения в тонких и толстых частях отливки, а также создают направленное затвердевание.
Различают холодильники наружные и внутренние (по отношению к отливке).
Наружные холодильники изготовляют из чугунов СЧ 18—36 и СЧ 21—40, а в некоторых случаях из стали.
Внутренние холодильники чаще всего выполняют из того же материала, что и отливки. Непременным условием применения внутренних холодильников является их полное расплавление. Внутренние холодильники (рис. 4) устанавливают в труднодоступных массивных частях; их объем составляет 8—12% объема металла в захолаживаемом месте отливки.
Размеры наружных холодильников выбирают в зависимости от размеров охлаждаемого места (табл. 16).
Рис 4. Внутренние холодильники:
а, б—различные варианты установки
16. Размеры наружных холодильников для различных узлов чугунных отливок
Примечание. Для стальных отливок применяют ориентировочно такие же размеры холодильников.
Разновидности литниковых систем
В некоторых случаях выровнять время затвердевания расплава в толстых и тонких частях отливки, обеспечить одновременное, а при необходимости направленное затвердевание ее можно, применяя внешние или внутренние металлические холодильники (рис. 1.20; 1.21, 1.22). Обладая высокой теплопроводностью и способностью аккумулировать теплоту, внешний холодильник значительно ускоряет процесс затвердевания расплава в массивном узле, ввиду чего уменьшается опасность образования в нем усадочных дефектов. Внутренние холодильники делают из сплава, близкого по составу с заливаемым в форму. Внутренний холодильник расплавляется заполнившим охлаждаемый узел расплавом или сваривается с ним, на что расходуется значительное количество теплоты.
В результате расплав в массивном узле быстро охлаждается и затвердевает, не образуя усадочных дефектов. Однако подготовка и установка холодильников усложняет процесс изготовления форм, вызывает опасность образования некоторых дефектов в отливках, например газовых раковин (вскипов), если поверхность холодильника окислена, загрязнена или покрыта влагой. Необходима тщательная подготовка холодильников (очистка, лужение и т. п.). Кроме того, возможности регулирования скорости охлаждения отдельных частей отливки с помощью холодильников ограничены. Поэтому в целях получения плотных отливок нередко холодильники применяют в сочетании с прибылями (см. рис. 1.21).
Рис. 1.20. Примеры применения внешних холодильников: а — охлаждение массивного фланца плоским кольцевым холодильником, б — охлаждение бобышки плоским дисковым холодильником. в — охлаждение узла в месте сочленения стенок отливки плоским (пластинчатым) холодильником, г — охлаждение Т-образного узла двумя фасонными холодильниками
Рис. 1.21. Схема литейной формы для изготовления стальной отливки с применением прибылей и холодильников: 1 — верхняя часть формы. 2 — средняя часть формы, 3 — нижняя часть формы. 4 — холодильники, 5 — питатель. 6 — литниковый ход, 7 — стояк. 8 — закрытая прибыль, 9 — открытые прибыли
Расчет и конструирование внутренних и наружных холодильников
Применение технологических напусков не только увеличивает расход металла на отливку, но и требует дополнительной механической обработки отливки по их удалению. Поэтому часто для обеспечения направленного затвердевания и устранения термических узлов применяют внутренние и наружные холодильники.
Уравнение (4.1) справедливо, если к моменту затвердевания между сплавом и холодильником устанавливается тепловое равновесие при температуре, равной Tc. Если холодильник массивный и его относительная масса тx/М велика, то после затвердевания сплава прогрев холодильника будет продолжаться. Это приведет к возникновению трещин и к несвариваемости холодильника с материалом отливки. Если же величина тx/М мала или толщина холодильника невелика, то он расплавится, что может привести к образованию пористости и усадочных раковин. Поэтому при конструировании внутренних холодильников нужно соблюдать следующие условия:
• относительная масса холодильников при стальном литье не должна превышать 0,04-0,07. Если при такой массе холодильников не удается обеспечить направленное затвердевание, то необходимо применить другие методы;
• для предотвращения несвариваемости холодильники должны находиться от поверхности формы на расстоянии, равном 4-5 их диаметрам;
• для улучшения свариваемости необходимо применять холодильники из стали, имеющей такую же температуру плавления, что и заливаемый металл. На практике чаще всего используют холодильники из углеродистых сталей с содержанием углерода до 0,25 % (стали Ст.2 и Ст.3);
• холодильники должны пройти дробеструйную обработку и не иметь следов оксидов на поверхности;
• максимальный диаметр или сторона квадрата холодильника не должны превышать 0,25 толщины стенки отливки;
• холодильники должны устанавливаться в форму после сушки во избежание их окисления;
• сырые формы с внутренними холодильниками необходимо заливать не позднее 8-10 ч после сборки.
На практике применяют холодильники в виде скоб, костылей, решеток, ежей и спиралей, схемы установки которых в форме приведены на рис. 4.7. Основные размеры и общий вид холодильников (ежей, решеток и спиралей) показаны на рис. 4.8. Холодильники в виде ежей и сварных решеток применяются в стенках отливок, толщина которых превышает 80 мм.
Внутренние холодильники нецелесообразно применять при изготовлении отливок из хромоникелевых, хромомолибденовых сталей, а также отливок ответственного назначения. Они не применяются при изготовлении отливок из легкоокисляющихся сплавов, например из алюминиевых и магниевых.
Элемент формы, применяемый для ускорения затвердевания тепловых узлов отливки, выполненный из материала с большим коэффициентом аккумуляции тепла, чем у основного, называется наружным холодильником. Схемы расположения наружных холодильников в термических узлах отливки показаны на рис. 4.9. Холодильники выполняют из чугуна или медных сплавов. Захолаживающий эффект холодильника зависит от его массы, коэффициента аккумуляции тепла. Толщина или диаметр холодильника зависят от толщины или диаметра захолаживающего узла отливки. Размеры наружных холодильников приведены в табл. 4.4.
При определении размеров холодильника необходимо располагать сведениями о рациональном соотношении толщин холодильника и стенок отливки. Толщину холодильника принимают, исходя из условия, что его влияние на процесс охлаждения отливки в форме продолжается до полного затвердевания соприкасающейся с ним стенки отливки. Ho в то же время холодильник должен обладать достаточной массой, чтобы при дальнейшем охлаждении отливки сам он не нагревался до температуры, при которой возможно приваривание его к стенке отливки. Оптимальная толщина холодильника принимается равной 0,5. 0,6 толщины стенки отливки вместе с утолщением, т. е. (А + bo) (рис. 4.10, а).
где Fф и Fх — площади поверхности стенки отливки, соприкасающейся с поверхностью песчаной формы, и наружного холодильника соответственно.
Площадь охлаждаемой поверхности утолщенных частей отливки, расположенных ниже питаемой стенки (фланцы, приливы и т. д.), т. е. площадь холодильника, рассчитывается по формуле
Перед установкой наружных холодильников в форму их подвергают дробеструйной очистке и покрывают кокильной краской.
Для обеспечения направленного затвердевания отливок применяют захолаживающие (для массивных узлов) и теплоизолирующие (для тонкостенных элементов) смеси. Для захолаживания используют смеси, содержащие чугунную стружку или дробь, магнезитовые и хромомагнезитовые облицовки. В качестве теплоизолирующих применяют смеси с древесными опилками, асбестовой или шамотной крошкой.