Плавка и литьё в вакууме. Рекомендации по разработке литниковой системы.
14 Дек   2011   |  Статьи

Н.А.Швыргун.
Главный конструктор проекта ООО «Спарк-Дон, Лтд»


Те, кто ежедневно сталкивается с построением литниковой системы для точного литья стоматологических сплавов, скорее всего, согласятся с тем, что здесь мы имеем дело с союзом науки и искусства. Только учёт всех нюансов конкретной работы, многолетний опыт, научных анализ протекающих процессов и творческий подход к делу делают результат прогнозируемым и качественным.

В своих рекомендациях мы не будем пытаться «охватить необъятное», а лишь дадим начальные сведения о требованиях, предъявляемых к правильно сконструированной литниковой системе. Вашим лучшим учителем будет Ваш труд, творческий поиск и полученный опыт.
 

Задачи литниковой системы.

Литниковая система — это система каналов, через которые расплавленный металл поступает из тигля в рабочую полость литейной формы.

Задачей литниковой системы является не просто транспортировка жидкого металла к отливке, но и контроль скорости движения расплава, создание условий для нормального воздушного обмена между полостью объекта литья и внешней средой, предотвращения усадочных раковин в объектах литья путём формирования соответствующего градиента температуры в литейной полости и питания отливки при затвердевании сплава.

Возможны различные варианты выполнения литниковой системы в зависимости от типа сплава, характеристик объекта литья, личного опыта специалиста и т.д. Необходимо учитывать также, что литниковая система для установок с плавкой и литьём в вакууме с последующим прессованием имеет некоторые особенности, по сравнению с центробежным литьём.
 

Основные элементы литниковой системы.

Литниковая система создается путем подвода к восковой репродукции (модели) объекта литья (вкладки, отдельные коронки, каркасы мостовых протезов) восковых штифтов, которые после удаления воска из опоки представляют собой литьевые каналы.

Основные элементы литниковой системыЧасто одни и те же элементы литниковой системы по разному называются не только практикующими специалистами, но и авторами солидных трудов соответствующей тематики. Для определённости, дадим вначале определения, которыми мы будем оперировать в дальнейшем, рассматривая особенности построения литниковой системы.

Литниковая воронка — элемент литниковой системы, предназначенный для начального формирования потока расплава. Форма литниковой воронки должна обеспечивать плавное и быстрое поступление расплава в литниковые каналы.

Литниковый канал — элемент литниковой системы, соединяющий воронку (конус) с коллектором или непосредственно с объектами литья.
Литниковый канал (каналы) должны быть расположены в зоне максимальных температур опоки с целью предупреждения преждевременного охлаждения металла в них и замедления потока расплава. Количество литниковых каналов (1, 2, 3…) зависит от характеристик отливаемой работы. Чем массивнее отливка тем большее количество каналов может потребоваться для обеспечения высокоточного литья.

Литниковая воронка

А - Воронка такой формы не способствует формированию ламинарного потока расплава (увеличенная высота падения расплава из тигля, плоское "дно" воронки). Не рекомендуется использовать из-за повышенной опасности появления усадочной пористости в объекте литья.
Б - Воронка такой формы в наиболее полной мере способствует плавному и быстрому поступлению расплава в литниковые каналы. Рекомендуется к использованию.


Коллектор — литейный резервуар, применяемый при конструировании литниковой системы при литье массивных отливок (в частности, цельнолитых каркасов мостовидных протезов).
Коллектор является источником дополнительного металла, который поступает в полость объекта литья для компенсации объемной усадки, которая имеет место при его (объекте литья) затвердевании. Коллектор, как правило, размещен в той части литниковой системы, которая остывает последней. Размеры коллектора определяются также и требованием нормального газового обмена с целью удаления остатков воздуха из литейной полости объекта литья.

Восковые модели литникововых каналов и коллектора делают из специального литьевого воска диаметром 3,5…5 мм.
При работе на вакуумных установках не рекомендуется использовать для построения литникововых каналов и коллектора литьевой воск диаметром менее 3,5мм.

Литьевой коллектор

А - Восковая проволока;
Б - Если отливается протяжённый мостовидный протез или большое число индивидуальных объектов, то коллектор выполняется в виде дуги. Это позволяет создать равные температурные условия для всех отливаемых объектов.
В - При отливке мостовидного протеза промежуточная его часть требует больше металла. Следовательно, необходимо выполнить коллектор таким образом, чтобы его объем в месте присоединения промежуточной части соответствовал её объему.


Питатели — каналы, соединяющие коллектор с объектом литья. Однородность отливки в значительной степени зависит от размеров питателей. Выбирая размеры питателя необходимо помнить, что через него не только поступает расплав к литейной полости, но и выходит остаточный воздух из неё. Необходимо, чтобы питатель между коллектором и литейной полостью имел размеры, способствующие нормальному воздушному обмену. Кроме того, для обеспечения эффективного газообмена рекомендуется присоединять питатели к объекту литья под углом 45°.

Питатели всегда должны присоединяются к самой толстой части объекта литья, чтобы помочь в борьбе с усадкой. В особо крупных отливках может потребоваться несколько питателей для того, чтобы ввести металл в полости объекта литья.
Питатель литниковой системы

Геометрические размеры питателей зависят от вида и размера объекта литья.
1 - Коронка с незначительной толщиной стенки. Диаметр литника 2,5мм.
2 - Коронка со значительной толщиной стенки. Диаметр литника 3мм.
3 - Промежуточный элемент. Диаметр литника 3,5мм.
4 - Большая коронка со значительной толщиной стенки. Два литника диаметром 2,5...3мм.
Длина питателей выбирается равной 2...5мм.


Объекты литья — вкладки, полные и частичные коронки, промежуточные элементы, мостовидный протез.
 

Общие принципы проектирования литниковой системы.

Правильно сконструированная литниковая система должна обеспечивать быстрое и ламинарное (плавное, однородным потоком) заполнение литейной формы с необходимой скоростью, непрерывную подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке, выход газов из полости формы. Скорость течения материала важна, потому что, если расплав движется слишком медленно, он может остыть прежде, чем полностью заполнит литейную полость.

Для предупреждения турбулентного характера потока расплава, следует обеспечивать мягкие переходы между литниками в направлении течения жидкого металла и соответствующие размеры элементов литниковой системы. Турбулентный (с завихрениями, бурный) характер движения расплава по литниковым каналам не способствуют оптимальному движению струи расплава. Из-за этого он не может сразу сформироваться и заполнить полость. При этом существенно возрастает вероятность образования усадочных раковин в отливке и неоднородность структуры каркаса протеза.

Расположение элементов литниковой системы в опоке — важнейший критерий для обеспечения качественного литья.

Объекты литья должны охлаждаться в первую очередь и поэтому должны быть размещены вне теплового центра опоки. Правильным считается их размещение на минимальном расстоянии от боковой поверхности опоки и её дна. На практике, обычно, необходимо выдерживать следующие расстояния: 4…5мм от боковой поверхности опоки и 4…5 мм, соответственно, от её дна. Меньшие величины этих размеров ограничиваются механической прочностью материала опоки.

Литниковые каналы и коллектор должны охлаждаться в последнюю очередь и, следовательно, должны быть расположены максимально близко к термическому центру опоки. В идеальном случае, коллектор должен располагаться на середине высоты опоки, т.е. в зоне максимальной температуры (тепловой центр). При этом коллектор обеспечивает подпитку жидким расплавом объекты литья на стадии их кристаллизации, препятствуя неконтролируемой усадке.

Исходя из вышеизложенных условий расположения коллектора определяется длина литниковых каналов. Следует помнить, что слишком длинные каналы увеличивают путь расплава, ухудшают его течение и увеличивают количество остаточного воздуха в форме. Всё вместе это приводит к повышению риска некачественного литья (например, непроливы наиболее тонких частей восковой модели).

При непосредственном питании отливки необходимо стремиться к тому, чтобы в тепловом центре опоки находился участок расхождения литниковых каналов к объектам литья.
Для получения предсказуемого, высококачественного литья близких по параметрам объектов необходимо учитывать плотность используемого сплава. Чем меньше его удельный вес, тем больше должен быть диаметр литниковых каналов.

Для получения предсказуемого, высококачественного литья особое внимание необходимо уделять выбору геометрических размеров элементов литниковой системы: литниковых каналов, коллектора, питателей. Этот выбор определяется многими факторами: типом литниковой системы (с непосредственным питанием отливки или с использованием литейного резервуара (коллектора)), размерами объектов литья, их видом и количеством.

Мы познакомили Вас с базовыми понятиями, определяющими пути построения литниковой системы, удовлетворяющей требованиям высокоточного стоматологического литья. Подробнее приемы реализации рассмотрены в этой статье.
Для того, чтобы Ваши успехи в работе были стабильными и предсказуемыми, конечно же, изложенного материала может оказаться недостаточно. Черпайте знания из специальной литературы, анализируйте свои достижения и ошибки. Накопленный личный опыт и глубокое понимание процессов, протекающих при литье стоматологических сплавов — основа вашего мастерства.