Определение мест расположения и размеров прибылей и выпоров

Большинство сплавов при охлаждении уменьшает свой объём. В результате объёмной усадки в отливке образуются пустоты – усадочные раковины. Они могут быть сосредоточенными или рассеянными в виде мелких пустот (усадочная пористость). Образование усадочных раковин или пористости вызывает брак отливок.

Для борьбы с усадочными раковинами устанавливают прибыли. Прибыли увеличивают расход металла, поэтому применять их нужно по необходимости и только для отливок из сплавов с повышенной усадкой, таких, например, как углеродистая и легированная сталь, модифицированные (высокопрочные) чугуны и некоторые цветные сплавы.

В зависимости от принципа действия, прибыли подразделяются на прибыли прямого и бокового питания, открытые и закрытые, простого действия, с атмосферным и сверхатмосферным давлением, обогреваемые и отламываемые. Наибольшее применение находят прибыли прямого и бокового питания, открытые и закрытые, простого действия, с атмосферным и сверхатмосферным давлением, обогреваемые и отламываемые.

На рис. 8 и 9. показаны открытые и закрытые прибыли прямого (а) и бокового (б) питания простого действия. По форме прибыли подразделяются на шаровые (а), полушаровые (б), конические (в) и плоскостенные (г) (рис. 10).

Открытые прибыли должны назначаться в тех случаях, когда применение закрытой прибыли затруднено, как, например, при сложной модели, необходимости доливки металла сверху и, т.д.

Рис. 8. Открытые прибыли прямого (а) и бокового (б) питания

Рис.9. Закрытые прибыли прямого (а) и бокового (б) питания

При выборе места расположения прибыли необходимо учитывать следующее:

1. Усадочные раковины образуются в местах отливки, затвердевающих позднее, т.е. в местах, где имеется скопление металла (местные утолщения, узлы сочленений отдельных элементов отливки, места е замедленной теплоотдачей).

2. Усадочная раковина стремится занять наивысшее положение в отливке.

3. Открытые прибыли, расположенные на верхних частях отливки, выполняют роль выпоров. Закрытые прибыли не устраняют необходимости применения выпоров.

Рис.10. Прибыли шаровые, полушаровые (б), конические (в)

и плоскостенные (г)

Расположение прибылей и их строение определяют на основании принципа направленного затвердевания. Сущность принципа состоит в том, что литую деталь необходимо так конструктивно оформить, расположить в форме и подвести к ней жидкий металл, чтобы затвердевание началось в тонких местах, постепенно распространяясь на более толстые и заканчивалось в прибылях, установленных на самых массивных местах. Направленность затвердевания отливки проверяется методом вписанных в сечение окружностей. При направленном затвердевании окружность, вписанная в тонкое сечение, должна постепенно увеличиваться по мере приближения к прибыли.

Для расчёта размеров прибылей предложено множество способов. Одним из наиболее простых и надёжных является способ П.Ф. Василевского. Сущность его заключается в том, что любой из имеющих место на практике случаев питания отливки или её узла приводят к одной из двум типовым схемам (рис.11), (рис. 12.). Далее для намеченного места установки прибыли определяют диаметр окружности Т, вписанной в наиболее массивную подприбыльную часть. В зависимости от значения Т и схемы питания по табл. 14 и 15 определяют соотношения d/T; H_ПР/d; Н_ОТЛ/Т и относительную протяжённость прибыли (Sd_i/B)×100 или (Sb_i/L)×100. В этих соотношениях d – ширина основания прибыли; Н_ПР – высота прибыли; b – длина основания прибыли; Н_ОТЛ – высота питаемой части отливки; Sd_i = d_i + d₂ +... –суммарная величина наибольших измерений оснований прибылей на протяжении питаемого узла; В – ширина питаемого узла; L – длина питаемого узла.

На рис. 11. показана первая схема питания, когда прибыли устанавливаются на горизонтальные стенки отливки. Соотношения размеров отливки и прибыли даны в табл. 1.14.

По найденным размерам прибылей строят контуры.

Рис. 11. Первая схема питания отливок

Рис. 12. Вторая схема питания отливок

Таблица 1.14.

Соотношение размеров отливки. прибыли

для первой схемы питания (рис. 11)

Т, мм.	d/T	H_П_P/d	Относительная протяженность прибылей, %
	1,8... 2,5	1,8... 1,2	20,0... 40,0
	1,6... 2,5	1,6... 1,2	20,0... 40,0
	1,5... 2,0	1,5... 1,2	22,5... 42,5
	1,3... 1,6	1,5... 1,1	24,0... 44,0
	1,3... 1,5	1,4... 1,1	25,0... 50,0
	1,25... 1,5	1,25... 1,0	25,0... 57,5
	1,2...1,5	1,1... 0,95	38,0... 62,0

Если прибыли устанавливаются на вертикальные стенки (рис. 12) соотношения их размеров принимают из табл.1.15.

Таблица 1.15

Соотношения размеров отливки и прибыли для второй схемы питания (рис. 12)

Т, мм	Н_ОТЛ / Т	d/T	Hпр/d	Относительная протяженность прибылей, %
		1,4... 2,3	1,5... 1,9	40... 100
		1,5...2,4	1,6... 2,0	40... 100
		1,6...2,4	1,8... 2,2	40... 100
		1,75... 2,0	3,0... 4,0	45... 100
		2,3... 2,7	3,2... 4,0	50... 100
		1,4...1,7	1,8... 2,2	40... 100
		1,5... 1,8	2,0... 2,5	40... 100
	10,0	1,6... 2,0	2,2... 3,5	45... 100
		1,7... 1,9	3,5... 4,5	50... 100
		1,9... 2,2	4,2... 5,0	55... 100
		1,4... 1,7	1,4... 1,6	45... 100
		1,5... 1,75	1,5... 1,8	45... 100
		1,6... 1,9	1,8... 2,6	50... 100
		1,4... 1,7	1,5... 1,7	50...100
		1,5... 1,8	1,8...2,7	50... 100

Примечания к таблице 1.14 и 1.15:

1. Приведенные соотношения справедливы для отливок из углеродистых и низколегированных сталей.

2. Значение h рекомендуется принимать приблизительно 0,3 Н_ОТЛ.

3. При установке закрытых боковых прибылей d = (1,8...2,5)Т. Наименьший размер овального перешейка прибыли (рис. 2.9) t = (d+T)/2. Второй размер перешейка принимают равным (1,2...1,5)t.

Размеры прибылей, устанавливаемых на отливках из цветных сплавов, могут быть определены упрощенным методом. Такой метод основан на следующих положениях.

Во-первых, для обычных отливок изменение массы узла питания в довольно широких пределах мало влияет на высоту прибыли. Во-вторых, высота прибылей мало возрастает с увеличением высоты отливки. Так, для легких сплавов при малой высоте отливки (до 150 мм) отношение высоты прибыли к высоте отливки без прибылей ; при высоте отливки 300мм это отношение равно 0,5, при высоте отливки 700мм – 0,3. В-третьих, экспериментально и расчетом установлены соотношения между высотой прибылей и их диаметром.

Рис. 13. Зависимость отношения объемов прибыли прямого действия и отливки от отношения высоты прибыли к диаметру:

1-открытые прибыли; 2-закрытые прибыли; 3 и 4 – отношения, выбранные для нормализованных прибылей соответственно открытых и закрытых.

На рисунке 13 представлена зависимость отношения высоты прибыли к диаметру от относительного объема прибыли, построенная с использованием равенства:

где Нп – высота прибыли; m – относительная скорость затвердевания металла с верхней поверхности прибыли; Dп – диаметр прибыли; Vотл – объем отливки; Vп – объем прибыли.

Отношение Нп/Dп изменяется в пределах 6,4-0,83 и в среднем равно 2,19, что характерно для всех сплавов. Для нормализованных прибылей можно принять постоянные отношения высоты к диаметру: 1,25:1 для закрытых прибылей и 2:1 для открытых прибылей (отношения на рис. 1.13 отмечены прямыми линиями 3 и 4).

Таким образом, характеристику отливки, необходимую для выбора высоты прибыли, можно свести к одной величине – диаметру сферы Dу, вписанной в соответствующий узел питания отливки. Диаметр узла питания определяют по таблице 1.16, находят отдельные размеры открытых, боковых и закрытых прибылей.

Таблица 1.16

Соотношение размеров прибылей

Сплавы	Объемная усадка, %	Размеры прибылей
Dп	Dв	Нп	Нз
Медные: Оловянные бронзы	4,5	(1,2-1,5)Dу	(1,4-1,6)Dу	(1,5-2,0)Dп	(0,6-0,8)Dп
алюминиевые бронзы и многокомпонентные латуни	6,5-7,5	(1,3-1,6)Dу	(1,4-1,7)Dу	(1,4-2,0)Dп	(0,8-1,0)Dп
Алюминиевые:кристаллизующиеся в интервале температур 0-15⁰С (АЛ2)	3,8-4,1	1,6Dу	(1,4-1,5)Dп	(1,8-2,0)Dп	(0,6-2,0)Dп
Кристаллизующиеся в интервале 15-60⁰С (АЛ4, АЛ9)	4,1-5,0	1,4Dу
Кристаллизующиеся при температурах более 60⁰С (АЛ1, АЛ3, АЛ5, АЛ6, АЛ7, АЛ12)	5,0-7,0	1,2Dу
Магниевые: кристаллизующиеся в интервале температур 0-5⁰С (МЛ2)	5,2-5,5	(1,2-1,6)Dп	(1,45-1,55)Dп	(1,9-2,1)Dп	(1,2-1,4)Dп
Кристаллизующиеся в интервале температур 50-100⁰С (МЛ3)	5,3-5,7
Кристаллизую щиеся в интервале температур более 100⁰С (МЛ4, МЛ5, МЛ6)	5,5-6,0

Примечание: для всех сплавов , где - длина питаемой зоны прибыли.

Теплоизолируемые прибыли. Теплоизоляцией можно повысить эффективность действия открытых и закрытых прибылей как при литье в песчаные (рис. 2.14, а и б), так и металлические (рис. 2.14, в и г) формы. В качестве изоляционных материалов применяют пористые вещества, имеющие малую теплопроводность и низкую плотность: керамические изделия, асбест, легковесный шамот, гипс, а также формовочные смеси с добавками древесных опилок, древесного угля или древесной муки.

Для достижения необходимого эффекта коэффициент теплопроводности материала прибыльной части формы должен быть примерно в 3 раза меньше, чем коэффициент теплопроводности материала, оформляющего отливку.

После расчета диаметра прибыли Dп можно определить толщину облицовки прибыли (рис. 14, а) по приближенной формуле:

Выпор – вертикальный канал (стояк), расширяющийся кверху (конусность 2...4%). Его устанавливают на самых высоких точках отливки и желательно со стороны, противоположной подводу расплава. Выпоры применяются для сплавов с пониженной усадкой.

Рис. 14. Способы утепления прибылей при литье ():

1 – песчаная форма; 2 – кокиль; 3 – облицовка из теплоизоляционной смеси; 4 – оболочка из теплоизоляционной смеси; 5 – листовой асбест; 6 – прибыль; 7 – выпор; 8 – отливка.

Сечение выпора у основания принимают равным 1/2...3/4 сечения стенки отливки. Если вся отливка помещается в нижней полуформе, следует применить отводные выпоры.

На мелких отливках выпоры, как правило, не используются.

На чертежах деталей элементы литниковой системы, в том числе прибыли и выпоры, изображают сплошной тонкой линией, которую допускается выполнять красным цветом (в единичном и мелкосерийном производствах).