Подъемник (литье)

Бронзовая отливка, на которой видны литник и стояки.

Подъемник , также известный как фидер , ^[1] представляет собой резервуар, встроенный в литейную форму для металла , чтобы предотвратить образование полостей из-за усадки . Большинство металлов имеют меньшую плотность в жидком состоянии, чем в твердом, поэтому отливки при охлаждении дают усадку, что может оставить пустоту в последней точке затвердевания. Подъемники предотвращают это, подавая расплавленный металл в отливку по мере ее затвердевания, так что полость образуется в подъемнике, а не в отливке. ^[2] Подъемники неэффективны для материалов с большим диапазоном затвердевания, поскольку направленное затвердевание невозможно. Они также не нужны для процессов литья, в которых для заполнения полости формы используется давление. ^[3]

Теория

Приливы эффективны только при соблюдении трех условий: прилив охлаждается после литья, прилив имеет достаточно материала для компенсации усадки отливки, и отливка затвердевает направленно по направлению к приливу.

Чтобы стояк остыл после литья, он должен остывать медленнее, чем отливка. Правило Чворинова вкратце гласит, что самое медленное время охлаждения достигается при наибольшем объеме и наименьшей площади поверхности; геометрически говоря, это сфера. Таким образом, в идеале стояк должен быть сферой, но это не очень практичная форма для вставки в форму, поэтому вместо нее используется цилиндр. Отношение высоты к диаметру цилиндра варьируется в зависимости от материала, расположения стояка, размера опоки и т. д. ^[4]

Усадку необходимо рассчитать для отливки, чтобы подтвердить, что в стояке достаточно материала для компенсации усадки. Если окажется, что материала недостаточно, то размер стояка необходимо увеличить.

Отливка должна быть спроектирована так, чтобы обеспечить направленное затвердевание, которое распространяется от краев полости формы к стояку(ам). Таким образом, стояк может непрерывно подавать расплавленный металл в затвердевающую часть отливки. ^[2] Один из методов достижения этого — разместить стояк вблизи самой толстой и большой части отливки, поскольку эта часть отливки будет остывать и затвердевать последней. ^[4] Если этот тип затвердевания невозможен, могут потребоваться несколько стояков, которые питают различные части отливки или охладители . ^[3]

Типы

Различные типы стояков

Стояк классифицируется по трем критериям: где он расположен, открыт ли он для атмосферы и как он заполняется. Если стояк расположен на отливке, то он известен как верхний стояк , но если он расположен рядом с отливкой, то он известен как боковой стояк . Верхние стояки выгодны, потому что они занимают меньше места в опоке, чем боковой стояк, плюс у них меньшее расстояние подачи. Если стояк открыт для атмосферы, то он известен как открытый стояк , но если стояк полностью заключен в форму, то он известен как глухой стояк . Открытый стояк обычно больше, чем глухой, потому что открытый стояк теряет больше тепла для формования через верхнюю часть стояка. Наконец, если стояк получает материал из литниковой системы и заполняется до полости формы, то он известен как живой стояк или горячий стояк . Если стояк заполняется материалом, который уже вытек через полость формы, то он известен как мертвый стояк или холодный стояк . Живые стояки обычно меньше мертвых стояков. Верхние стояки почти всегда мертвые стояки, а стояки в литниковой системе почти всегда живые стояки. ^[4]

Соединение стояка с полостью формования может быть проблемой для боковых стояков. С одной стороны, соединение должно быть как можно меньше, чтобы сделать отделение как можно более легким, но, с другой стороны, соединение должно быть достаточно большим, чтобы оно не затвердевало до стояка. Соединение обычно делается коротким, чтобы использовать тепло как стояка, так и полости формования, что будет поддерживать его горячим в течение всего процесса. ^[3]

Существуют средства для подъема, которые можно использовать для замедления охлаждения стояка или уменьшения его размера. Одно из них — использование изолирующего рукава и верхней части вокруг стояка. Другое — размещение нагревателя только вокруг стояка. ^[3]

Горячие топы

Горячая вершина , также известная какГоловка фидера ^[5]— это специализированный стояк, используемый для противодействия образованиютрубпри литье слитков. По сути, это открытый стояк с горячей керамической подкладкой вместо просто формовочных материалов. Он вставляется в верхнюю часть изложницы в конце заливки, а затем заливается оставшийся металл.^[6]Его цель — поддерживать резервуар расплавленного металла, который стекает вниз, чтобы заполнить трубу по мере остывания отливки. Горячая верхушка была изобретенаРобертом Форестером Мюшетом, который назвал ее Dozzle . С горячей верхушкой только 1–2 % слитка идет в отходы, до его использования до 25 % слитка шло в отходы.^[7]

Урожай

Эффективность или выход литья определяется как вес отливки, деленный на вес общего количества залитого металла. Приливы могут значительно увеличить общий вес отливки, поэтому важно оптимизировать их размер и форму. Приливы существуют только для обеспечения целостности отливки, они удаляются после того, как деталь остынет, а их металл переплавляется для повторного использования; в результате размер, количество и размещение приливов должны быть тщательно спланированы, чтобы сократить отходы и заполнить всю усадку в отливке. ^[4]

Один из способов расчета минимального размера стояка — использовать правило Чворинова , установив время затвердевания стояка больше, чем время отливки. Можно выбрать любое время, но обычно безопасным выбором является время на 25% больше, которое записывается следующим образом: ^[4]

${\displaystyle t_{\text{riser}}=1.25t_{\text{casting}}}$

или

${\displaystyle \left({\frac {V}{A}}\right)_{\text{riser}}^{n}=1.25\left({\frac {V}{A}}\right)_{\text{casting}}^{n}}$

Поскольку все факторы формы и материала одинаковы для n. Если для геометрии стояка выбран цилиндр, а отношение высоты к диаметру зафиксировано, то уравнение можно решить для диаметра, что делает этот метод простым способом расчета минимального размера стояка. Обратите внимание, что если используется верхний стояк, площадь поверхности, которая делится между стояком и отливкой, должна быть вычтена из площади отливки и стояка. ^[8]

Ссылки

1. Рави 2005, стр. 63.
2. Degarmo, Black & Kohser 2003, стр. 286.
3. Дегармо, Блэк и Кошер 2003, стр. 288.
4. Degarmo, Black & Kohser 2003, стр. 287.
5. Cmj Network, Inc (1959-06-25), «Заполнение стояка электрошлаковой сваркой», The New Scientist , 5 (136): 1383
6. Оберг, Эрик; Джонс, Франклин Дэй (1920), Железо и сталь, Industrial Press, стр. 129.
7. Гордон, Роберт (1996), American Iron, 1607-1900, Johns Hopkins University Press, стр. 178, ISBN 978-0-8018-6816-0
8. Дегармо, Блэк и Кошер 2003, стр. 287–288

Библиография

• Дегармо, Э. Пол; Блэк, Дж. Т.; Кохсер, Рональд А. (2003). Материалы и процессы в производстве (9-е изд.). Wiley. ISBN 0-471-65653-4.
• Kalpakjian, Serope, et al. (2001). Производственная инженерия и технологии . Опубликовано Pearson Education.
• Рави, Б. (2005), Автоматизированное проектирование и анализ литья металлов, PHI Learning Pvt. Ltd., ISBN 978-81-203-2726-9.