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; HПР/d; НОТЛ/Т и относительную протяжённость прибыли (Sdi/B)×100 или (Sbi/L)×100. В этих соотношениях d – ширина основания прибыли; НПР – высота прибыли; b – длина основания прибыли; НОТЛ – высота питаемой части отливки; Sdi = di + 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 | HПP/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 | НОТЛ / 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 НОТЛ.
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).