Основные достоинства:

• длительный ресурс нагревательных элементов электропечи за счет увеличенного диаметра проволоки;
• высокая максимальная скорость нагрева;

Технические характеристики:

Непосредственное питание объектов литья.

Непосредственным питанием называют такое строение литниковой системы, при котором каждая отливаемая деталь прикрепляется литниковым каналом непосредственно к заливочной воронке.

Этот тип литейной системы применяют при литье отдельных объектов — одиночных коронок, промежуточных элементов. При этом диаметр литниковых каналов определяется в зависимости от исходной толщины стенок отливаемой детали и должен не менее чем в 2 раза её превышать. Однако, в любом случае, при работе на вакуумной литейной установке (плавка и литьё в вакууме с последующим прессованием) диаметр литникового канала должен быть не менее 3,5мм и идти к отливке без изменения диаметра.

Если в собранной форме размещается несколько объектов с отдельным питанием, следует обеспечить одинаковый тепловой режим для каждой отливаемой детали. Все объекты литья должны быть расположены на расстоянии 5 мм от дна опоки и 5 мм от наружной стенки формы. Расстояние между объектами литья должно быть около 10 мм. Литниковые каналы необходимо формировать таким образом, чтобы они расходились к объектам литья в тепловом центре опоки.

Бесколлекторное питание объектов литья.

Бесколлекторное питание объектов литья представляет собой разновидность непосредственного питания. Отличие заключается в том, что при бесколлекторном питании литниковые каналы подводятся не к каждому объекту литья. Например, при количестве отливаемых единиц равном 3, используется один литниковый канал. При литье протяженных конструкций число литниковых каналов должно быть увеличено до 2…3. При этом необходимо, чтобы литниковый канал присоединялся к объекту литья, требующему максимального объёма расплава. Так, для мостовидного протеза целесообразно выполнять подвод литникового канала к промежуточным элементам. При бесколлекторном питании объектов литья значительно экономиться количество используемого сплава, что существенным (положительным) образом сказывается на экономической составляющей вопроса.

Взаимное расположение элементов литниковой системы в данном случае подчиняется общему правилу: объекты литья должны охлаждаться в первую очередь, а питающие элементы — литниковые каналы и прибыли — в последнюю очередь. На рисунке показано, что объекты литья должны располагаться на расстоянии не более чем 5мм от боковой стенки опоки и её дна.

Применяя данный метод построения литниковой системы, необходимо особенно тщательно выбирать параметры литниковых каналов — их диаметр и длину.

Основными факторами, определяющими диаметр литниковых каналов являются свойства сплава (его жидкотекучесть и плотность) и характеристиками объекта литья — толщина стенки коронки, объём каркаса протеза в целом и объём промежуточного элемента (в случае мостовидного протеза).

На начальном этапе можно придерживаться следующих рекомендаций:

• При литье одиночных коронок и небольших конструкций прибыль на литниковом канале не формируется. Диаметр литникового канала при это должен определяться максимальной толщиной коронки. Но, в любом случае, он не может быть менее 3мм. Для сплавов с высокой плотностью (сплавы на основе золота, платины с плотностью около 18г/см3) необходимо использовать литниковые каналы диаметром 3,5мм. Для сплавов с низкой плотностью (неблагородные кобальто-хромовые, никель-хромовые, на основе серебра, палладия) диаметр литникового канала можно увеличить до 4мм.
• При литье протяжённых, массивных конструкций (например, каркас цельнолитого мостовидного протеза) на литниковом канале формируется дополнительная прибыль. При выборе диаметра литникового канала учитывайте количество расплава, которое должно поступить в литейную полость объекта литья. Также, как и в предыдущем примере, принимайте во внимание плотность используемого сплава. Для сплавов с высокой плотностью выбирайте диаметр литникового канала равным 4,5мм. Дальнейшее увеличение диаметра возможно, в случае особо крупной конструкции, но не более 5мм. Для сплавов с низкой плотностью можно выбрать диаметр равным 5мм.

 
В случае присоединения литникового канала к промежуточному элементу мостовидного протеза, сформированная на канале прибыль по объему должна быть не меньше промежуточного элемента. Необходимо помнить, что чрезмерное увеличение диаметра литникового канала приводит к ухудшению условий литья, т.к. в этом случае поток расплава трудно сформировать в виде плотной, равномерно движущейся струи.

Прибыли, сформированные на объектах литья, предназначены для обеспечения подпитки объекта литья в процессе его кристаллизации жидким расплавом. Кроме того, прибыль выступает в данном случае как резервуар, в который будут эвакуированы остатки воздуха из литейной полости объекта литья. Для выполнения своей функции прибыль должна быть спроектирована и расположена таким образом, чтобы она в обязательном порядке охлаждалась существенно медленнее чем объект литья.
Размер прибыли зависит от характеристик объекта литья. На рисунке А прибыль присоединена к коронке. На рисунке Б прибыль присоединена к промежуточному элементу мостовидного протеза. Так как для заполнения промежуточного элемента требуется больше расплава, прибыль на рисунке Б выполнена большего размера. В случае, если объект литья имеет особо крупные размеры, к нему может быть присоединено две прибыли.

Особое внимание необходимо уделять следующим моментам:

• прибыль должна быть прикреплена к объекту литья в самой толстой его части;
• объём прибыли должен соответствовать объёму расплава, необходимого для заполнения объекта литья.
• прибыль должна быть прикреплена к объекту литья под углом примерно равным 45 градусов и направлена от боковой стенки опоки в сторону её теплового центра.

Коллекторное питание объектов литья.

Коллекторным питанием называют такое строение литниковой системы, при котором каждая отливаемая деталь прикрепляется к литьевому резервуару (коллектору), в который по литниковым каналам из воронки поступает расплав.

Этот тип литейной системы применяют при литье отдельных объектов — одиночных коронок, промежуточных элементов, вкладок, а также при литье протяжённых, массивных конструкций (например, каркас мостовидного протеза).

Диаметр литниковых каналов при коллекторном литье на вакуумных установках должен быть не менее 4,5мм. Мы рекомендуем использовать для формирования литниковых каналов и коллектора при таком методе литья стержни литейного воска диаметром 5мм. Длина литниковых каналов должна быть выбрана такой, чтобы обеспечить расположение коллектора максимально близко к тепловому центру опоки.

Как и при литье с непосредственным питанием, следует обеспечить тепловой режим для каждой отливаемой детали, обеспечивающий подпитку объектов литья жидким расплавом на стадии их кристаллизации. Для этого все объекты литья должны быть расположены на расстоянии не более 5 мм от дна опоки и от наружной стенки формы.

Коллекторное питание для литья отдельных объектов.

Коллекторное питание для литья каркаса мостовидного протеза.

Варианты расположения литниковой системы в опоке.

Форма и размеры опоки выбираются исходя из характеристик восковой композиции. Обязательным условием является выполнение условий правильного размещения элементов литниковой системы в опоке. Объекты литья должны охлаждаться первыми для исключения возникновения в них пор и усадочных раковин. Коллектор и литниковые каналы, идущие от воронки опоки, должны быть расположены максимально близко к термическому центру и охлаждаться в последнюю очередь. При этом процесс кристаллизации сплава в полости объекта литья сопровождается подпиткой этой полости жидким расплавом из коллектора или литникового канала.

А - Цилиндрическая форма опоки. Условия для получения качественного литья обеспечиваются равными температурными условиями для каждого объекта литья и их равномерной кристаллизацией. Коллектор, выполненный в форме дуги, приближён к термическому центру опоки. Отливки объектов литья имеют плотную, однородную структуру без пор. Неконтролируемая усадка минимизирована.
Б - Усечённая форма опоки. Условия для получения качественного литья выполнены. Расположение объектов литья вдоль прямолинейного участка боковой стенки опоки обеспечивает их первоочередное охлаждение и подпитку расплавом в процессе кристаллизации. Отливки объектов литья имеют плотную, однородную структуру без пор.
В - Усечённая форма опоки. Условия для получения качественного литья выполнены. Объекты литья расположены на минимальном и одинаковом расстоянии от боковой радиальной стенки опоки. Их температурный режим одинаков. Условия подпитки объектов литья расплавом в процессе кристаллизации выполнены. Отливки объектов литья имеют плотную, однородную структуру без пор.
Г - Цилиндрическая форма опоки. Условия для получения качественного литья не выполнены. Объекты литья находятся в разных температурных условиях. При этом объекты литья, расположенные ближе к центру опоки будут плохо охлаждаться. Процесс их кристаллизации может по времени совпадать с кристаллизацией расплава в коллекторе. Отливки этих объектов подвержены риску возникновение неоднородной, пористой структуры.

А - Условия для получения качественного литья выполнены. Объекты литья расположены на расстоянии 5мм от боковой стенки опоки и на расстоянии 5мм от дна опоки. Процесс кристаллизации расплава в полости объектов литья будет проходить во время нахождения расплава коллектора в жидкой фазе. Коллектор в полной мере будет выполнять роль резервуара, питающего отливку. Отливки объектов литья имеют плотную, однородную структуру без пор.
Б - Условия для получения качественного литья не выполнены. Объекты литья расположены на расстоянии значительно превышающем 5мм от дна опоки и приближены к термическому центру опоки. Процесс кристаллизации расплава в полости объектов литья будет совпадать по времени с процессом кристаллизации расплава коллектора. Коллектор в этом случае не будет в полной мере выполнять роль резервуара, питающего отливку. Отливки объектов литья имеют рыхлую, неоднородную структуру с внутренними или поверхостными порами.
В - Условия для получения качественного литья не выполнены. Объекты литья расположены на разном расстоянии от дна опоки. Те из них, которые расположены ближе к термическому центру подвержены риску некачественной отливки.
Г - Условия для получения качественного литья не выполнены. Неправильная установка прибылей приведёт к их преждевременному охлаждению и, соответственно, нарушению условий газообмена и питания отливки в процессе её кристаллизации.

Особенности выполнения отдельных элементов литниковой системы.

Для обеспечения эффективного газообмена и питания объекта литья расплавом присоединяйте питатели к объекту литья под углом 45° относительно коллектора по направлению к боковой поверхности опоки и её дна.

При работе на вакуумной литейной установке, работающей по принципу плавки и литья в вакууме с последующим прессованием избыточным давлением, не допускайте образования литейного конуса (А). Расплав должен доходить только до нижнего края воронки. При значительном заполнении конуса расплавом будет нарушен нормальный режим газообмена между литейной полостью и внешней средой. В результате, тонкие участки восковой композиции могут быть прилиты не полностью.

Литниковые каналы (Б) присоединяйте к коллектору таким образом, чтобы поток расплава был направлен в объекты литья без резких поворотов и изгибов.
При литье каркасов мостовидных протезов в местах крепления промежуточных элементов (В) увеличивайте объём коллектора на величину равную объёму присоединённых промежуточных элементов.
Коллектор следует выполнять на 2…3мм длиннее каркаса протеза или места присоединения крайнего объекта литья (Г).

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.

Часто 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.

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.

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.

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.

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 рассмотреный 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.

Основные достоинства:

• длительный ресурс нагревательных элементов электропечи за счет увеличенного диаметра проволоки;
• высокая максимальная скорость нагрева;

Технические характеристики:

Индукционный нагрев по сути является наглядной демонстрацией явления электромагнитной индукции, когда в электропроводящих телах, находящихся в переменном электромагнитном поле, возникают электрические токи. Плотность этих токов, называемых индукционными, в каждом элементарном объёме нагреваемого материала может меняться по самым разнообразным законам в зависимости от геометрических размеров нагреваемого материала, его удельного сопротивления, магнитной проницаемости и частоты. Такой же процесс происходит в индукционных литейных установках: при пропускании переменного тока через индуктор вокруг него возникает переменное магнитное поле. Переменный магнитный поток, пронизывающий находящиеся внутри индуктора заготовки металла, вызывает появление в них индукционного тока и вторичных (вихревых) токов. Вихревые токи разогревают заготовку (закон Джоуля — Ленца), при этом энергия, выделяющаяся в заготовке, пропорциональна частоте переменного электромагнитного поля.
На высокой частоте вихревые токи вытесняются в тонкие поверхностные слои заготовок (скин-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает а по мере приближения к центру заготовки — экспоненциально уменьшается. Таким образом, именно в приповерхностном слое (определяемом как «глубина проникновения тока») выделяется более 80% тепла.
Основными электрофизическими свойствами материалов для расчёта установок индукционного нагрева являются удельное электрическое сопротивление и магнитная проницаемость. Они определяют глубину проникновения тока и мощность, выделяемую в нагреваемом образце. При нагреве ферромагнитных металлов их удельное электрическое сопротивление и магнитная проницаемость изменяются.
Так, электрическое сопротивление металлов и сплавов, в зависимости от их химического состава может увеличиться в 10 раз.
Магнитная проницаемость ферромагнитных тел при достижении телом температуры точки Кюри (точка магнитных превращений) резко уменьшается и становится равной единице.
С увеличением значения удельного электрического сопротивления нагреваемого тела и уменьшением его магнитной проницаемости глубина проникновения тока увеличивается.
Максимальное значение глубины проникновения тока называется горячей глубиной проникновения.
В общих чертах процесс индукционного нагрева ферромагнитной заготовки можно представить по следующей схеме.
В первый момент начинается нагрев образца в тонком поверхностном слое, равном глубине проникновения тока в холодный металл. После потери этим слоем магнитных свойств, глубина проникновения тока возрастает и нагревается слой, расположенный глубже, повышение температуры в первом нагретом слое замедляется. После потери магнитных свойств вторым слоем начинается быстро нагреваться третий слой и так далее.
Пределом роста глубины проникновения тока является горячая глубина проникновения.
Повышение температуры в слое равной горячей глубине проникновения происходит за счет индукционных токов, а в более глубоких слоях — в основном, за счет теплопроводности.
Высокие значения КПД обеспечиваются, прежде всего, расчетом параметров индукционного нагрева под определенные размеры нагреваемого тела. Соотношение размеров индуктора и нагреваемого тела, частота тока и магнитная проницаемость, удельное сопротивление металла — все это определяет эффективность нагрева, т. е. электрический КПД.
Важнейшим параметром, определяющим КПД индукционной установки, а значит и эффективность нагрева, является глубина горячего проникновения тока.
Эффективный индукционный нагрев возможен только при определённых значениях отношения диаметра нагреваемой заготовки к глубине горячего проникновения.

Рисунок 1: Зависимость электрического КПД индукционной установки от отношения диаметра цилиндрического тела к горячей глубине проникновения тока.

График на рисунке 1 показывает, что уже при значении этого отношения менее 4 нагрев нежелателен, а при соотношении менее единицы вообще неприемлем.
Из этого графика следует, что для повышения эффективности индукционной установки, следует при заданном диаметре нагреваемой заготовки уменьшать значение горячей глубины проникновения тока. Это может быть достигнуто только повышением частоты.

ВНИМАНИЕ!
Для установок индукционного нагрева в Российской Федерации выделен ряд разрешённых для использования частот. Для индукционных литейных установок, используемых в зуботехнических лабораториях для плавки стоматологических сплавов, определены частоты 66кГц, 440кГц и 1,76МГц.
Обращаем Ваше внимание, что не все импортные литейные установки соответствуют этому требованию.
Принимая решение по оснащению вашей лаборатории литейной установкой, убедитесь в том, что частота её генератора соответствует приведённым выше значениям. В противном случае, в будущем вы рискуете столкнуться с «непониманием» органов государственного надзора.

Индукционные литейные установки, работающие на частоте 1,76МГц, выполнены на основе ламповых генераторов. В настоящее время такие установки потеряли свою актуальность, вследствие низкого КПД и морального устаревания.
Исходя из изложенных выше ограничений по частоте генератора литейной установки, в дальнейшем мы будем рассматривать только установки с рабочими частотами генератора равными 66кГц и 440кГц.

Часто в рекламных буклетах при описании индукционных литейных установок можно встретить различное их наименование. Где-то их называют «низкочастотными», где-то «среднечастотными» или «высокочастотными». На самом деле, все индукционные установки с рабочей частотой генератора более 50 кГц классифицируются как высокочастотные. Низкочастотными считаются установки индукционного нагрева с рабочими частотами менее 1 кГц. Среднечастотными — с рабочими частотами от 1кГц до 50 кГц.
Установок для плавки и литья стоматологических сплавов с рабочими частотами менее 50 кГц просто не существует, потому что они были бы крайне не эффективны. Конечно, необходимо признать, что для производителя литейных установок выгоднее использовать генераторы с как можно более низкими рабочими частотами ввиду их сравнительно невысокой стоимости, но при этом проигрывает потребитель, ниже мы поясним, почему.

Индукционные литейные установки, работающие на частоте 66кГц и 440кГц, имеют сходные характеристики. Их отличает высокий КПД (0,85…0,9), они надёжны, долговечны. Качество литья, получаемое на этих установках, соответствует самым высоким требованиям.
Величина рабочей частоты генератора индукционной литейной установки в значительной степени влияет на её электрические характеристики и эксплуатационные параметры.
Выбор рабочей частоты генератора определяется следующими требованиями:

• электрический КПД установки должен быть максимальным;
• время плавки должно быть минимальным;
• установка должна обеспечивать эффективную работу при плавке стоматологических сплавов, имеющих различные величины диаметра и высоты отдельных заготовок сплава;
• величина электродинамических сил, воздействующих на расплав, должна быть оптимальной, с одной стороны, для обеспечения качественного перемешивания расплава, а с другой стороны — минимального мениска расплава на завершающем этапе плавки.

Величина рабочей частоты генератора и эффективность плавки заготовок различного диаметра.

Сравнивая эффективность и качественные показатели литейных индукционных установок, необходимо представлять какая из них лучшим образом подходит для литья стоматологических сплавов, обладающих определёнными физико-химическими свойствами и линейными размерами.
Ввиду большого разнообразия используемых стоматологических сплавов, качественный анализ можно сделать, приняв за основу некий «усреднённый сплав». Для такого сплава, нагретого выше точки магнитных превращений (точки Кюри) горячая глубина проникновения тока при частоте 66кГц равна, примерно, 2мм.
Тогда, как следует из графика на рис.1, производить нагрев заготовки сплава с высокой эффективностью при частоте генератора индукционной установки равной 66кГц возможно, начиная с диаметра заготовки D = 10мм. При диаметре заготовки менее 8мм эффективность нагрева будет уменьшаться, достигая минимального значения при диаметрах заготовки сплава равных 5…6мм.
Для частоты 440кГц горячая глубина проникновения тока, при прочих равных условиях, будет составлять величину порядка 0.8мм. Т.е. производить нагрев заготовки сплава с высокой эффективностью при частоте генератора индукционной установки равной 440кГц возможно, начиная с диаметра заготовки D = 4мм.
В теории индукционного нагрева существует понятие «минимально допустимой рабочей частоты генератора» для заданного диаметра цилиндрической заготовки, подлежащей нагреву.
График зависимости минимальной частоты генератора индукционной установки от диаметра нагреваемой установки (Рис.2) строится из условия, что отношение диаметра нагреваемого образца цилиндрической формы к величине горячей глубины проникновения тока» (или «скин-слоя») равно 3.

Рисунок 2: Зависимость величины минимального диаметра нагреваемой заготовки стоматологического сплава от рабочей частоты генератора

• минимально допустимый диаметр нагреваемых заготовок сплава при работе на индукционной установке с частотой 440кГц равен 2,5мм.
• минимально допустимый диаметр нагреваемых заготовок сплава при работе на индукционной установке с частотой 66кГц равен 6мм.

Т.е. при работе на литейной установке с частотой 66кГц ограничивается возможность использования в качестве «вторичного металла» элементов литниковой системы, имеющих меньшие размеры.
В случае же их использования они будут нагреваться не под действием индукционных токов, а вследствие передачи им тепловой энергии от более горячих частей загрузки тигля, имеющих больший диаметр. Это будет способствовать увеличению времени плавки, т. е. ухудшению одного из основных параметров.
График на рисунке 2 хорошо объясняет суть проблемы. Из него видно, что для нагрева заготовок сплава, имеющих диаметр порядка 5мм, необходима частота генератора не менее 120кГц. Если же используются заготовки с диаметром 4мм, то минимально допустимая частота генератора возрастает до 180кГц.
Таким образом, выбор рабочей частоты генератора для индукционной литейной установки является важнейшим фактором, определяющим её качественные показатели. Индукционная литейная установка для зуботехнических лабораторий должна обеспечивать эффективный нагрев и плавку за короткий промежуток времени всего спектра стоматологических сплавов, отличающихся как химическим составом, так и линейными размерами заготовок.
Особое внимание необходимо обращать на способность установки обеспечивать высокий электрический КПД при работе с заготовками, имеющими диаметры в диапазоне от 3 до 15мм.

Рисунок 3: Оптимальные размеры заготовок при частотах 66 и 440 кГц

Величина рабочей частоты генератора и циркуляция металла.

Обращая внимание на частоту генератора при выборе индукционной литейной установки необходимо учитывать не только энергетические характеристики генератора, но и вопросы магнитогидродинамики, т. е. влияние электромагнитного поля индуктора на расплав в тигле.
Под действием электродинамических сил расплавленный металл в средней части тигля перетекает от периферии к оси, затем по оси тигля выжимается вверх к зеркалу ванны расплава и вниз ко дну тигля. Вверху и внизу он перетекает к стенкам и вдоль стенок возвращается к средней части тигля, совершая так называемую двухконтурную циркуляцию.
Факт электродинамической циркуляции металла является достоинством любой индукционной литейной установки. Циркуляция ускоряет расплавление, выравнивает температуру и химический состав расплава.
Однако циркуляция металла имеет и серьезный недостаток, заключающийся в образовании на поверхности расплава выпуклого мениска. Особенно сильно отрицательное влияние мениска на процесс плавки проявляется при использовании в литейных установках генераторов с относительно низкой рабочей частотой. Это связано с тем, что при неизменной мощности, передаваемой в расплав, силовое воздействие на него усиливается тем больше, чем меньше частота генератора.
Например, при частоте генератора равной 66кГц высота мениска почти в 3 раза больше, чем при частоте 440кГц.

Рисунок 4:Завсисимость величины мениска от рабочей частоты генератора.

Рассмотрим подробнее влияние мениска на процесс плавки.
Расплавленный сплав покрывается тонкой оксидной плёнкой, которая благодаря поверхностному натяжению расплава удерживается на его поверхности, предохраняя расплав от окисления. В период расплавления взламывание плёнки происходит, главным образом, вследствие циркуляции металла.

Если электродинамическая циркуляция способствует образованию мениска большой высоты, разрушение оксидной плёнки может произойти слишком рано. Зеркало расплава откроется до момента выравнивания температуры по всему объёму тигля. Расплав будет открыт для его окисления остаточными газами, присутствующими в плавильной камере.
Для уменьшения вредного влияния мениска на процесс плавки рекомендуется уменьшать мощность на завершающем этапе плавки. Это необходимо для того, чтобы температура расплава выровнялась по всему объёму тигля. При этом важно, чтобы, для предупреждения окисления расплава остаточными газами, оксидная плёнка не была преждевременно разорвана.
Возникает дилемма: для расплавления высокотемпературных компонентов сплава в течение минимального времени необходима максимальная мощность. Но при этом значительные электродинамические силы, воздействующие на расплав приведут к разрыву оксидной плёнки слишком рано. Расплав подвергнется дополнительному окислению. Идеальным вариантом проведения плавки на завершающем этапе является вариант, при котором плавка ведётся при мощности близкой к максимальной при минимальной высоте мениска.
Именно такой вариант работы реализован в литейных установках УЛВК-10М и ЦентроЛит-70М. Вероятность преждевременного разрыва оксидной плёнки на них значительно ниже, вследствие того, что частота генератора выбрана равной 440кГц и мениск расплава имеет минимальную высоту.