При разобщенном потоке сплав в полости литейной формы поднимается неравномерно. Отдельные участки формы заполняются быстрее, а в других участках сплав, наоборот, замедляет свое восходящее движение. В результате, вместо сплошного потока, поднимающегося снизу вверх и последовательно заполняющего полость формы, встречаются отдельные струи, опережающие одна другую. На тех участках формы, где сопротивление проходящему сплаву наименьшее, сплав устремляется вверх и, наоборот, на участках с большим сопротивлением он тормозится.
Разобщенный поток недопустим, он является причиной незаливов, спаев, газовых раковин и источником интенсивного окисления, Основной причиной разобщенности потока следует считать несовершенную конструкцию литниковой системы. Представим себе полость литейной формы для получения цилиндрической тонкостенной отливки. В основании полость формы сообщается с кольцевым замкнутым коллектором через два диаметрально расположенных щелевых питателя. Заполнение формы сплавом осуществляется снизу вверх с применением давления на сплав. При этом произойдет следующее. Заполнив литниковый коллектор, сплав через щелевые питатели начнет поступать в полость формы тем интенсивнее, чем больше будет давление в коллекторе, Поднявшись в форме на некоторую высоту, восходящий поток начнет раздаваться в стороны в тот момент, когда давление в нем превысит силу поверхностного натяжения по границам потока и сопротивление вытесняемого воздуха. Чем больше скорость потока, тем большую инерцию приобретает он и тем труднее ему изменить направление своего первоначального движения.
При наличии четырех щелевых питателей и излишне высокой линейной скорости сплава образуются четыре восходящие струи, причем расстояние между ними будет соответственно меньше, чем при двух питателях, а следовательно, и соединение их в один поток вероятнее. Можно считать, что степень разобщенности потока прямо пропорциональна скорости его и обратно пропорциональна площади сечения питателей, сообщающих полость формы с литниковым коллектором. В свою очередь, скорость потока сплава прямо пропорциональна величине рабочего давления, под действием которого сплав осуществляет свое восходящей движение, и обратно пропорциональна сумме местных сопротивлений, имеющихся на пути сплава. Оптимальной литниковой системой будет такая, при которой полость литейной формы сообщается с горизонтальным коллектором на протяжении всего периметра основания. Очень существенно, чтобы при отливке цилиндрических деталей с центральным подводом сплава ширина щели питателя была одинаковой на всем протяжении. Если ширина щели будет иметь разные значения, то при постоянном и равномерном давлении в коллекторе расход сплава через утолщенные сечения будет больше, и равномерность заполнения полости формы может быть нарушена. Этот вопрос несомненно будет предметом специальных исследований, в результате чего можно будет получить поправочные коэффициенты, необходимые для гидравлического расчета литниковых систем применительно к литью под низким давлением. При отливке прямоугольных тонкостенных деталей панельного типа некоторые конструкторы могут применить литниковую систему, коллектор которой имеет формы перевернутой буквы П с щелевыми питателями, примыкающими к полости формы с трех сторон (фиг. 28).
Нужно иметь в виду, что при подаче сплава в форму через такую литниковую систему возможно следующее явление: сплав, поступающий под избыточным давлением в среднюю часть горизонтальной ветви коллектора, заполнит ее и начнет проникать в полость формы. В результате разных сопротивлений в вертикальных колодцах коллектора а и в щелевидной полости формы сплав изберет путь наименьшего сопротивления и с возрастающей скоростью начнет подниматься по боковым коллекторам вверх и одновременно частично поступать в полость формы б. В момент заполнения вертикальных коллекторов в сплаве возникнет подобие гидравлического удара, и гидростатическое давление в нем резко повысится. В результате из верхних частей вертикальных коллекторов сплав устремится в полость формы, заполняя ее отдельными, горизонтально направленными струями в, которые, встречаясь с ранее поступившим в полость формы сплавом, вызовут на поверхности отливки незаливы, спаи, окисленные следы и дефекты газового происхождения, Чем выше будет скорость перемещения сплава, тем контрастнее будут виды брака. Снижение же скорости ниже определенного значения вызовет также и недолив формы.
На фиг. 29 показан эскиз цилиндрической тонкостенной отливки из алюминиевого сплава высотой около 700 мм с центрально расположенным металлопроводом и с четырьмя прерывистыми щелевыми питателями, сообщающими коллектор с полостью формы. Сумма сечений коллектора примерно равна сумме сечений щелевых питателей. При повышении давления в коллекторе сплав устремлялся в полость формы четырьмя восходящими и суживающимися потоками (фиг. 30). Окончательное формообразование отливки происходило после того, как был заполнен промывник; примыкающий к верхнему фланцу и состоящий из двух секторов. Процесс заполнения формы длился не более 3 сек. Повышение давления газовой среды в тигле, а отсюда и скорости сплава, поступающего из коллектора в полость формы, вызывало концентрацию потоков, делало их более суженными и резко очерченными.
На фиг. 31 показан след разобщенного потока на внешней, формуемой металлической матрицей поверхности отливки, а на фиг. 32 — границы потока на поверхности, получаемой сырым песчаным стержнем.
Снижение величины рабочего давления, а отсюда и линейной скорости сплава, расширяло зону потока и уменьшало внутреннее давление в нем, что очень неблагоприятно влияло на заполняемость формы. При этом между потоками встречались неспаи и незаливы (фиг. ЗЗ).
Рассмотрим еще один пример отрицательного влияния разобщенности потока на качество поверхности отливок.
На фиг. 34 видно, как разобщенный поток устремился в промывник, следуя и здесь по пути наименьшего сопротивления, т.е. через бобышки верхнего фланца. После заполнения промывника и торможения потока в нем резко повысилось давление, под действием которого сплав частично проник в сырой песчаный стержень, не защищенный закристаллизовавшейся корочкой. На смежных участках, где движение сплава более замедленно, были созданы условия для образования кристаллизационной корочки, которая воспрепятствовала сплаву проникнуть в поры песчаного стержня. Движение сплава на этих участках может быть настолько замедленным, что на отливке могут встретиться незаливы.
Разобщенный характер потока был устранен увеличением сечения коллектора и заменой прерывистых питателей на сплошной, примыкающий к основанию полости формы на протяжении всего периметра. Пример отливки, полученной после осуществления этих мероприятий, показан на фиг. 35, а на фиг. 36 показана внутренняя сторона этой отливки со стенкой толщиной 3 мм.
Заполнение формы происходило с соблюдением горизонта сплава в любом сечении по высоте полости формы. Справедливость этого подтверждается фиг. 37, где показана отливка с намеренно приостановленной подачей сплава в форму. Заполнена только нижняя часть формы, но сплав в ней поднимался сплошным потоком, который сохранялся до самого последнего момента, т.е. до заполнения полости промывника.
Рациональным мероприятием, направленным к устранению разобщенности потока, будет подвод сплава по всему периметру отливки и подбор оптимальной величины рабочего давления.
В том случае, когда по конструктивным соображениям невозможно подвести питатели по всему периметру, следует длину их делать возможно большей.
Важно также, чтобы площадь сечения всех питателей не была больше входного сечения отливки, т.е. чтобы тормозящим элементом литниковой системы являлось сечение питателей, но не сечение полости формы.