Заполняемость литейных форм жидким расплавом. Зависимость ее от свойств сплава и конструктивных особенностей формы. Мероприятия по улучшению заполняемости форм для тонкостенных отливок

Комплекс технологических факторов, характеризующих условия заполнения формы, называют заполняемостью. Жидкостекучесть можно рассматривать как составляющую этого комплекса, определяющую качество сплава как литейного материала.

Кроме того, жидкотекучесть можно рассматривать как характеристику заполняемости данным сплавом формы технологической пробы. Жидкотекучесть можно трактовать как максимальную длину стенки отливки, которая заполняется при условиях, выражаемых в правой части неравенства как произведение члена, зависящего от условий охлаждения, на член, зависящий от условий течения. Трудности заполнения будут возрастать обратно пропорционально квадрату толщины стенки отливки. Чем тоньше стенка, тем выше должен быть перегрев для обеспечения заполняемости.

Чем выше теплопроводность материала формы, тем быстрее охлаждается металл и тем хуже заполняемость. Если форма нагрета, заполняемость будет увеличиваться.

Заполняемость вертикальных стенок лучше, чем горизонтальных (рис.1,а). Подвод металла сверху обеспечивает лучшую заполняемость, чем подвод снизу (рис.1,б). Утолщение стенок, расположенных вдоль направления потока, улучшают заполняемость, расположенных поперек потока - ухудшают ее (рис.1,в). Для облегчения заполняемости применяется – рассредоточенный подвод металла несколькими литниками (рис.1,г). Металл, протекая по распределительному каналу большего сечения, мало охлаждается и проходит меньший путь в тонком сечении.

Общее требование к литниковой системе для тонкостенной отливки - обеспечение минимальных потерь температуры и напора. Практически это обозначает: минимальное число поворотов и изменений сечений каналов; минимальную длину и максимальное сечение элементов литниковой системы.

 Заполнение особо тонких элементов отливок, толщиной менее 5мм, связано со специфическими условиями, требующими преодоления поверхностного натяжения сплава.

Рис.1. Схемы заполняемости элементов отливок

Необходимый для преодоления поверхностного натяжения и заполнения стенки толщиной 2R гидростатический напор: H = (2  cos ) / (Rg), где  - угол смачивания металлом материала формы;  - плотность жидкого металла.

Пока напор не достигнет требуемого значения, металл заполнять стенку не может.

При низком гидростатическом напоре в стояке расплав подходит к литнику и образует выпуклый мениск, но не может сразу преодолеть поверхностное натяжение. При повышении напора поверхностное натяжение преодолевается, и расплав стремительно вливается в полость формы (рис.2,б). При выравнивании уровней расплава в стояке и форме движение замедляется; на переднем крае потока начинает образовываться твердая корочка, сдерживающая дальнейшее движение (рис.2,в). При увеличении напора корочка на переднем плане может прорваться и жидкий расплав на отдельных участках вытечет в виде языков. Однако в результате быстрого охлаждения и насыщенности расплава твердыми кристалликами это движение быстро прекращается (рис.2,г). Режим заполнения формы для особо тонкостенной отливки должен быть организован так, чтобы твердая корка на переднем крае металлического потока не могла образоваться, пока не окончено заполнение.

Заполняемость зависит от жидкотекучести, от конструкции формы, ее размеров, расположения отдельных элементов, способа подвода металла и условий литья.

При низком гидростатическом напоре в литнике образуется выпуклый мениск, и металл не сразу может преодолеть поверхностное натяжение. При повышении Н поверхностное натяжение преодолевается, металл стремительно затекает в форму. При выравнивании уровней металла в стояке и в форме движение замедляется и на переднем крае образуется корочка. При увеличении напора корочка может прорваться, и жидкий металл будет вытекать в виде отдельных языков, однако в результате быстрого охлаждения и насыщенности кристалликами, течение быстро прекращается.

Следовательно, чем тоньше стенка отливки, тем больше должен быть перегрев металла.

Литниковая система должна обеспечить минимальные потери температуры и напора, т.е. должна иметь минимум поворотов и изменений сечений каналов, минимальную длину и максимально разумное сечение элементов.

Для протяженных полостей отливок образуются проточные зоны, и зависимость заполняемости от положения сплава на диаграмме меньше, чем жидкотекучести. В реальных условиях Заполняемость меньше будет зависеть от различных факторов, чем жидкотекучесть.