ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к области литейного производства, а именно к устройствам для очистки жидкого металла от неметаллических включений, и может быть использована в конструкциях литниково-питающих систем, предназначенных для получения отливок, преимущественно, лопаток газовых турбин, изготавливаемых методом литья по выплавляемым моделям, в частности, для жаропрочных сталей и сплавов на основе никеля.
Известна литниковая система для изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям, содержащая литейную чашу, стояк и фильтрующий элемент. («Литье по выплавляемым моделям». Под ред. Я.И. Шкленника и В.А. Озерова. М. Машиностроение 1984 г. стр. 79-80, рис. 3.14.). Литейная чаша соединена со стояком через фильтрующий элемент. Из стояка компактной струей расплав поступает в полость литейной формы.
Наиболее близкой является литниковая система, содержащая литейную чашу, стояк, по меньшей мере, один питатель и, по меньшей мере, один фильтрующий элемент (патент US 2005/0045301 A1, 3.03.2005, МПК B22D 33/04). Металл заливают в литейную чашу, где задерживаются крупные шлаковые включения. Далее, через фильтрующий элемент, где происходит дальнейшее очищение его от неметаллических включений и шлака, металл поступает в стояк, из которого через питатель попадает в полость литейной формы.
Основным недостатком таких систем является следующее:
- так как очистка жидкого металла от шлаковых и других включений осуществляется непосредственно в литейной чаше, то дальнейшее течение металла по стенкам стояка способствует тому, что частицы с внутренних поверхностей литниковой системы могут попасть в расплав жидкого металла, способствуя тем самым, вторичному шлакообразованию в литейной полости.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение качества изготовления отливок за счет уменьшения шлаковых или других неметаллических включений в литейную полость.
Дополнительным техническим результатом является обеспечение более легкого отделения отливки от питателя.
Технический результат достигается тем, что в литниковой системе, содержащей литейную чашу, стояк, по меньшей мере, один питатель и, по меньшей мере, один фильтрующий элемент, в отличие от известной, фильтрующий элемент выполнен в виде диафрагмы, содержащей, по меньшей мере, одну щель, при этом, фильтрующий элемент установлен на выходе из питателя.
Толщина диафрагмы составляет 0,7…1,5 мм, а ширина щели 0,5…1,5 мм.
Заявляемое решение поясняется чертежами, на которых изображено: фиг. 1 - общий вид литниковой системы отливки; фиг. 2 - вид в разрезе по линии A-A на фиг. 1.
Литниковая система (фиг. 1) содержит литейную чашу 1, сообщенную со стояком 2, по меньшей мере, один питатель 3. Стояк 2 через питатель 3, сообщается с литейной полостью 4. В питателе 3 установлен фильтрующий элемент, выполненный в виде, например, керамической диафрагмы 5 с щелью 6, при этом, установлен фильтрующий элемент на выходе из питателя 3. Ширина щели величиной 0,5…1,5 мм определяется из условия минимального напора, при котором преодолевается поверхностное натяжение расплава. Площадь сечения щелевого отверстия назначается в зависимости от необходимой скорости подъема уровня расплава в форме. Толщина керамической диафрагмы 0,7…1,5 мм принимается из условия предупреждения усадочных пористости и раковин в тепловых узлах отливок.
Литниковая система работает следующим образом.
При заливке в форму, металл через литейную чашу 1 и стояк 2 поступает в питатель 3, а затем - через щелевое отверстие 6 диафрагмы 5 в литейную полость 4. При этом стояк может сообщаться с литейной полостью 4 через несколько питателей 3. Жидкий металл поступает в литейную полость 4 как на этапе заливки, так и при затвердевании расплава.
р
При заливке металла в такую форму поверхностное натяжение расплава не пропускает его в узкую щель до момента, пока напор накопленного металла в стояке не превысит значения напора Н, полученного согласно выражению Жюрена:
p
a
H=2σcosθ/(ρg)
p
где H - напор расплава в стояке;
σ - поверхностное натяжение расплава;
θ - угол смачивания расплавом керамической диафрагмы 4;
g - ускорение силы тяжести;
ρ - плотность расплава;
a
- ширина щели 6 (фиг. 2).
Неметаллические включения имеют плотность значительно меньшую, чем металл и находятся в расплаве в виде взвеси. Попадая с расплавом из стояка 2 в питатель 3, они сразу устремляются вверх, к всплытию и находятся выше по отношению к щелевому отверстию 6 диафрагмы 5. Неметаллические включения, находящие на поверхности жидкого металлического расплава, так же смачивают материал керамической диафрагмы 5.
При затвердевании металла, диафрагмы между питателями и отливками, прогреваются до температуры расплава и не оказывают теплового сопротивления питанию тепловых узлов отливок через щелевые отверстия. После охлаждения отливок при вибрационной выбивке форм происходит разрушение тонких щелевых диафрагм. Это способствует легкому отделению отливок от питателей.
В данной конструкции фильтрация, т.е. очистка расплава от не металлических включений и шлака, происходит непосредственно перед самой отливкой.
Данное конструктивное решение позволяет уменьшить проникновение неметаллических включений и шлаков в литейную полость и тем самым повысить качество изготовления отливки.