Краткое содержание

В литье под давлением проектирование литниковых каналов и воротников является важной инженерной дисциплиной, определяющей качество готовой детали. Литниковые каналы — это пути, по которым расплавленный металл поступает от литника, а воротники — это тщательно рассчитанные отверстия, регулирующие поступление металла в полость формы. Точно спроектированная система литниковой системы необходима для контроля скорости потока, минимизации турбулентности, снижения потерь тепла и предотвращения дефектов, таких как пористость и холодные трещины, что обеспечивает получение плотной детали с высокой целостностью.

Основы литниковой системы: определение литниковых каналов, воротников и литников

Успех любого процесса литья под давлением начинается с фундаментального понимания его системы подачи. Эта сеть каналов, известная как система литниковых каналов, отвечает за транспортировку расплавленного металла из машины в полость формы под высоким давлением и на высокой скорости. Основные компоненты системы — литниковый стакан, литниковый ход и ворота — играют отдельную и важную роль в обеспечении бездефектного конечного продукта. Непонимание их функций напрямую ведёт к сбоям в производстве.

Путь расплавленного металла начинается с литниковый канал литникового стакана. Это начальный, как правило, конической формы канал, через который металл впрыскивается в пресс-форму из сопла машины. Согласно информации от Deco Products , литниковая втулка создаёт важное уплотнение, которое минимизирует потери давления и обеспечивает сбалансированный поток. Из литникового стакана металл поступает в бегун , систему горизонтальных каналов, предназначенных для распределения расплавленного сплава к полости детали. Как подробно описано в CEX Casting , основная функция литникового канала заключается в равномерном распределении потока, особенно в многополостных формах, обеспечивая одинаковое заполнение каждой полости.

Наконец, расплавленный металл проходит через врата , точное отверстие, соединяющее литниковый канал непосредственно с полостью детали. Ворота являются конечной контрольной точкой, и их конструкция оказывает наиболее прямое влияние на качество отливки. Они ускоряют расплавленный металл до требуемой скорости заполнения, одновременно направляя характер потока внутри полости. Вся система работает согласованно: литник подает материал, литниковые каналы его передают, а ворота контролируют окончательную подачу. Неисправность любого из этих компонентов нарушает целостность всей отливки.

Основные принципы оптимального проектирования литниковых каналов и ворот

Разработка эффективной системы литниковых каналов и ворот представляет собой сложный баланс гидродинамики, термодинамики и науки о материалах. Основная цель — полностью и равномерно заполнить полость формы расплавленным металлом до его затвердевания, одновременно минимизируя дефекты. Для этого необходимо соблюдать несколько основных инженерных принципов, управляющих течением металла через пресс-форму.

Одним из фундаментальных принципов является обеспечение плавного, безтурбулентного потока. Турбулентность вводит воздух и оксиды в расплавленный металл, что приводит к пористости и структурной слабости. Как отмечает Sefunm , литниковые каналы должны быть тщательно оптимизированы для снижения турбулентности. Этого достигают за счёт полированных поверхностей, закруглённых углов и поперечного сечения, постепенно уменьшающегося по мере приближения к воротам, чтобы поддерживать давление и скорость. Система литниковых каналов также должна быть спроектирована таким образом, чтобы задерживать любые примеси или охлаждённый металл на своих концах, предотвращая их попадание в полость детали.

Конструкция литникового канала предполагает важные компромиссы. Размер литникового канала должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить быстрое заполнение без преждевременного затвердевания, но в то же время достаточно малым, чтобы его можно было легко удалить после литья, не повредив деталь. Форма литникового канала также определяет характер потока внутри полости. Различные типы литниковых каналов используются для разных применений с целью достижения определённых характеристик заполнения.

Сравнение распространённых типов литниковых каналов

В конечном счёте, получение надёжной готовой детали зависит от глубокого понимания свойств материала и параметров процесса. Опыт в высокоточной металлообработке, такой как тот, который демонстрирует Shaoyi (Ningbo) Metal Technology в своей прецизионной автомобильной штамповке, подчёркивает важность строгого контроля процесса. Хотя литьё под давлением и штамповка — разные процессы, их общая цель заключается в создании деталей высокой целостности посредством тщательного проектирования и управления качеством. Чек-лист для проектирования литья под давление должен всегда включать:

• Выбор сплава: Учитывайте текучесть, диапазон затвердевания и тепловые свойства металла.
• Геометрия детали: Анализируйте толщину стенок, сложность формы и требования к внешнему виду.
• Моделирование потока: Используйте программное обеспечение для прогнозирования течения металла, выявления потенциально проблемных зон и оптимизации конструкции до начала обработки стали.
• Возможности оборудования: Убедитесь, что скорость впрыска, давление и усилие смыкания достаточны для детали и конструкции литниковой системы.
• Тепловое управление: Предусмотрите каналы охлаждения пресс-формы для контроля скорости затвердевания и предотвращения дефектов.

Ключевая роль расположения литникового канала в качестве отливки

Помимо размера и формы, стратегическое размещение литникового канала является одним из наиболее важных решений при проектировании литья под давление. Место, где расплавленный металл поступает в полость, определяет весь процесс заполнения, влияет на температурный градиент по детали и в конечном итоге определяет наличие или отсутствие критических дефектов. Правильно расположенное литниковое отверстие обеспечивает последовательное и равномерное заполнение, тогда как неправильное размещение может обречь деталь на неудачу с самого начала.

Основное правило, как отмечается в многочисленных инженерных источниках, — размещать литниковый канал в самых толстых участках детали. Этот принцип обеспечивает непрерывную подачу расплавленного металла под давлением в области, которые дольше всего затвердевают, предотвращая усадочную пористость. Размещение литникового канала на тонком участке может привести к преждевременному затвердеванию металла, блокируя поток и вызывая дефект, известный как холодный спай, при котором два потока металла не соединяются должным образом.

Кроме того, место расположения литникового канала должно выбираться таким образом, чтобы направлять поток металла так, чтобы он вытеснял воздух и газы перед собой и выводил их через вентиляционные отверстия и перепуски. Как поясняют эксперты компании Diecasting-mould , литниковый канал следует располагать так, чтобы избежать прямого воздействия на стержни или тонкие участки пресс-формы, что может вызвать эрозию инструмента и создать турбулентность. Поток должен направляться вдоль стенок полости для обеспечения плавного, ламинарного заполнения.

Сценарии размещения литникового канала: правильное и неправильное

• Неправильное расположение: Подвод литой смеси в тонкостенный участок, расположенный далеко от центра масс детали.
  Возникающий дефект: Высокий риск преждевременного затвердевания, что приводит к неполному заполнению (недоливу) или холодным спаям. Длина пути потока велика, а эффективность — низкая.
• Хорошее расположение: Подвод литой смеси в самую толстую стенку детали.
  Преимущество: Обеспечивает подачу материала в зону с наибольшим объёмом в последнюю очередь и под давлением, что эффективно предотвращает усадочную пористость и гарантирует получение плотной, полностью затвердевшей отливки.
• Неправильное расположение: Размещение литникового подвода таким образом, что два фронта потока сталкиваются лоб в лоб в критической с точки зрения внешнего вида зоне.
  Возникающий дефект: Формирует видимую сварную линию, которая является структурным слабым местом и поверхностным дефектом.
• Хорошее расположение: Размещение литникового подвода для обеспечения единого непрерывного пути течения, заканчивающегося в перепускном канале.
  Преимущество: Выталкивает воздух и загрязнения перед фронтом потока и выводит их из полости формы, в результате чего получается чистая, плотная деталь с минимальным количеством захваченного газа.

В некоторых случаях одного литникового канала недостаточно для крупных или сложных деталей. Может потребоваться система с несколькими впускными отверстиями, чтобы обеспечить полное заполнение. Однако это усложняет конструкцию, поскольку литниковые каналы должны быть сбалансированы так, чтобы заполнять свои участки одновременно и избегать образования внутренних следов спайки, где встречаются фронты потока.

Поиск неисправностей: типичные дефекты, вызванные неудачной конструкцией системы литниковых каналов

Значительная часть всех дефектов при литье под давлением связана с неоптимальной системой литниковых каналов. Когда инженеры сталкиваются с такими проблемами, как пористость, поверхностные дефекты или незаполненные участки детали, одним из первых следует проверить конструкцию литниковой системы и впускных отверстий. Понимание прямой связи между конкретным конструктивным недостатком и возникающим дефектом имеет решающее значение для эффективного поиска неисправностей и оптимизации процесса.

Например, порозность , наличие мелких пустот внутри отливки, часто вызвано чрезмерной турбулентностью. Когда расплавленный металл бурно перемешивается в литнике или при входе в литейную форму, он захватывает воздух и другие газы, которые затем запираются в детали по мере её затвердевания. Узкое литейное отверстие, не соответствующее требуемой скорости потока, может действовать как распылитель, распыляя металл и усугубляя эту проблему. Решение обычно заключается в увеличении площади литникового отверстия, выравнивании пути литника или изменении угла входа литникового отверстия для обеспечения более спокойного заполнения.

Другая распространенная проблема - холодные спайки или неправильные , при котором полость формы заполняется не полностью. Это обычно происходит, когда расплавленный металл слишком быстро остывает и теряет текучесть до достижения самых отдаленных точек полости. Причиной может быть чрезмерно длинная литниковая система, приводящая к большим потерям тепла, или слишком тонкий литник, ограничивающий поток и вызывающий преждевременное затвердевание металла. Изменение конструкции для сокращения пути потока или увеличения толщины литника часто позволяет устранить эту проблему.

Руководство по устранению неисправностей системы литниковых каналов

Ключевое значение имеет системный подход к диагностике. При появлении дефекта инженеры должны проанализировать деталь, чтобы определить место и характер дефекта, а затем с помощью программного обеспечения для моделирования течения или эмпирического анализа установить связь с конструкцией литниковой системы. Наиболее эффективный способ решения этих постоянных производственных проблем — небольшие итерационные изменения в литниковом канале или литнике с последующим тщательным контролем результатов.

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое литниковый канал и воронка в литье?

В процессе литья литниковый канал — это канал, по которому расплавленный материал транспортируется от основной литниковой воронки к полости детали. Воронка — это конкретное отверстие между концом литникового канала и самой полостью детали. Основная функция литникового канала — распределение материала, а задача воронки — контроль окончательного входа материала, влияя на его скорость, направление и характер потока.

2. Что такое литниковый канал в литье?

Литниковый канал — это канал, выполненный в пресс-форме, который служит путем для расплавленного металла. Его основная функция заключается в распределении металла от центральной точки (литниковой воронки) к одному или нескольким затворам, питающим полости формы. Хорошо спроектированная система литниковых каналов поддерживает температуру и давление металла, сводя к минимуму турбулентность.

3. Что такое воронка в литье под давлением?

Врата в литье на давке является последней и часто самой маленькой частью канальной системы, прежде чем расплавленный металл входит в фактическую форму части (подземелье). Его конструкция имеет решающее значение, поскольку она контролирует скорость и характеристики потока металла, когда он заполняет форму. Вход должен быть достаточно большим, чтобы заполнить часть быстро, но достаточно маленьким, чтобы правильно заморозить и легко удалить из готовой части.

4. Немедленно. Что такое "конец кости"?

Стрелочный короб - это просто другой термин для системы стрелочного коробки в литейной форме. Это относится ко всей сети каналов, которые направляют расплавленный сплав от пружины до ворот. Этот термин подчеркивает, что эти каналы являются неотъемлемой частью самого инструмента.