Особенности выбора литниковой системы для ЛГМ технологии

Морозов В.А. 

Исследования особенностей ЛГМ технологии проводились советскими специалистами еще в 70-е годы прошлого столетия.

Результаты этих исследований показали, что при различной компоновке куста пеномоделей изменяется содержание углерода по высоте отливки. В качестве образца была выбрана отливка из стали 20Л, которую отливали с открытой и закрытой прибылью. Содержание углерода в отливке изменялось от низа к верху: с открытой прибылью от 0,22 до 0,24 , с закрытой от 0,21 до 0,26. Это при 0,22 в ковшевой пробе. Подвод металла к опытной отливке применялся сифонный. Контейнерная оснастка общего конструктива с вектором вакуума по круговому сектору от центральной оси и одновременно вниз. Собственно, как сейчас в большинстве случаев, контейнер это короб с вакуумными сетками на боковых стенках и дне.

В результате чего при заливке жидкого металла в форму в стояке вертикальный вектор вакуума совпадает с вектором заливаемого металла, что является положотельным фактором. На горизонтальном участке литниково питающей системы все зависит от совпадения или нет векторов жидкого металла и вакуума,т.е. вакуум способствует или тормозит движение металла на этом участке. А далее самое основное – движение жидкого металла по объёму пеномодели будущей отливки. Вектор жидкого металла в ней направлен вверх,вектор вакуума вниз и сторону вертикальной стенки контейнера – горизонтально. Из описанного видно, что вакуум препятствует подъёму зеркала металла по объёму пеномодели и прибыли. Кроме всего, продукты деструкции полистирола со всей литниково питающей системы, пеномодели отливки поступают в прибыль, при этом зеркало жидкого металла растеряло температуру на указанном пути. Исходя из вышеописанного, работоспосоность прибыли вызыватет большое сомнение. Основными науглераживателями стали являются углеродосодержащие газы – продукты деструкции полистирола. При сифонном подводе жидкого металла к отлливке и контейнере общего конструктива указанные газы оказываются запертыми в объёме отливки с помощью вакуума и благодаря тупиковообразному исполнению куста в месте сочленения отливки и прибыли происходит науглераживание металла этими газами, в частности метаном. Применение открытой прибыли, как описаном исследовании, кардинально проблему не решает, т.к. вектор вакуума вниз препятствует выходу газов из неё. Частично это можно решить снижением уровня вакуума в форме, получив при этом положительное давление газов в прибыли, чем обеспечить их частичный выход в атмосферу. При выходе газов происходит их возгорание, что не всегда безопасно. Указанный режим подбирают опытным путем, и для массового производства он не преемлем. Проблему можно минимизировать, установив в прибыли горизонтальные газоходные каналы для удаления газов с помощью имеющихся в контейнерах общего применения горизонтальных векторов вакуума. В общем случае метод сифонного подвода металла сложен, противоречив и непредсказуем по управляемости процессами науглераживания стального литья.

В настоящее время проведено множество исследований по управлению процессами науглераживания стального литья специалистами разных стран. По опыту автора основным науглераживателем стали является метан - продукт деструкции полистирола при заливке. Как любой газ в условиях жидкой среды метан стремится вверх. При отсутствии препятствия метан уходит из объёма отливки согласно вектору подъёма зеркала металла, чему должен способствовать вектор вакуума, а не наоборот. Это очень важно. Для успешного прохождения процессов газификации полистирола зеркало металла должно постоянно подпитываться горячими порциями. Эти условия обеспечивает метод верхнего подвода жидкого металла к отливке, где литниково питающая система выполняет ещё и роль открытой прибыли. Применеие верхнего подвода метала, кроме указанного, обеспечивает дополнительный канал для выхода газов через литниково питающую систему, для чего скорость заливки должна быть в пределах 3...3,5 см/сек (скорость подъёма металла в форме по всей высоте куста пеномоделей).
Указанная скорость обеспечивает оптимальные условия для процесса газификации пенополистирола в форме для стального литья. Контейнер для куста с верхним подводом металла должен обеспечивать вектор вакуума в зоне отливка + питатели + 100 мм вертикально вверх, т.к. сечение стояка обычно составляет 30...60 мм в свету,влияние вакуума на него можно не учитывать. Исключение составляют литниково питающие системы с вакуумной мультипликацией жидкого металла в форму с помощью вакуума. Высота куста пеномоделей для верхнего подвода металла определяется как удвоенная высота пеномодели отливки, одну часть из неё знимают: стояк, литниковые ходы,питатели,воронка. Литниково питающая ситема должна быть расширяющейся как 1:2:4 и не иметь глухих полостей по пути движения металла и газов. Так как указанный метод подвода металла для отливок более 50 кг может создавать местами высокие уровни давления жидкого метала на наполнитель формы - песок, необходимо обеспечить хорошее его виброуплотнение, уровень вакуума в форме должен быть в пределе 00,5...0,055 МПа, а в период заливки в форме должен быть не менее 0,035 МПа.

Компоновка куста пеномоделей должна быть одноярусной, т.к. при многоярусной компоновке обеспечить оптимальное газовакуумное поле в форме очень проблематично – верхний ярус создаёт теневую зону для нижнего и результат может быть не предсказуемым. Особенную сложность в этом представляет мелкое литьё. В большинстве случаев берется имеющийся контейнер и под него подгоняется куст пеномоделей мелких отливок. Результат не всегда ожидаемый. Если предприятие берётся за мелкое литьё, то необходимо иметь и парк контейнеров под него. Часто встречающаяся ошибка для любого варианта подвода металла – установка в контейнер двух и более кустов пеномоделей. Газовакуумные потоки (газовакуумное поле) каждый раз изменяются с заливкой следующего куста, а выдержка под вакуумом в заданных режимах становится становится не возможной т.к. время заливки каждого куста равно или больше времени выдержки под вакуумом после заливки.

Контейнер под вакуумом один, а кустов несколько – заданную выдержку под вакуумом для каждого куста выполнить не возможно. Это создаёт условия для разного науглераживания отливок в первом (по ходу заливки) и последнем кустах пеномоделей. Изменение газовакуумного поля в контейнере по ходу заливки кустов создает предпосылки для увеличения газовых раковин в теле отливок в указанном направлении. Для всех вариантов ЛГМ технологий коричневый цвет раковин свидетельствует, что источником их появления является пенополистирол, а голубовато-синий – плохо раскисленная сталь. Это важно для правильного определения источника брака.

В реальной практике иногда не возможно обеспечить подвод металла в верхнюю точку отливки, в результате чего появляется область глухого объёма по вектору вакуума, где может быть высокое локальное науглераживание и газовые раковины. С целью исключения указанного в этой области необходимо выполнить газоходные каналы в направлении вектора вакуума. Таким образом глухой объём станет открытым для газообразных продуктов деструкции пено полистирола.

Для мелких отливок не всегда возможно выполнить газоходные каналы в глухих объёмах. В этом случае необходимо сделать наколы в данном месте пеномодели стальной проволокой Д = 0,3 мм по краске, это заменит газоходные каналы. В данной статье автор не приводит чертежи формы, они приведены в ранних публикациях автора и справочной литературе.