Как выбрать литниковую воронку? 

Выбор литниковой воронки — это не про что подешевле, а про то, как не угробить цикл литья и не получить брак в каждой партии. Многие ошибочно думают, что это просто кусок металла с дыркой, но на деле от неё зависит заполнение формы, усадка и даже внутренние напряжения в готовом изделии. Сейчас объясню на пальцах, без воды, как это работает в реальном цеху.

Что такое литниковая воронка на самом деле, и почему её нельзя брать как у всех

Когда только начинал работать с формами для стеклоизделий, тоже считал это мелочью. Пока не столкнулся с серией трещин в горлышках бутылок. Оказалось, проблема была в стандартной конической воронке, которая не подходила под конкретную вязкость нашей стекломассы. Литниковая воронка — это первый контролёр потока расплава. Её геометрия задаёт начальную турбулентность или ламинарность. Если поток войдёт в полость формы с завихрениями, там гарантированно будут воздушные раковины.

Здесь есть тонкий момент: многие проектировщики, особенно те, кто работает с теорией, выбирают воронку по таблицам из учебников. Но в жизни состав стекла может плавать от партии к партии, да и температура в печи не всегда идеальна. Поэтому я всегда закладываю небольшой запас по диаметру канала и углу конуса. Не самый эффективный с точки зрения расхода материала, зато страховка от брака.

Кстати, хороший пример — ребята из ООО Чэнду Синьчжи Индастриз (их сайт, если что, https://www.xzyg.ru). Они делают пресс-формы для сложных стеклянных изделий, и в своих проектах никогда не используют типовые литниковые системы. Каждый раз считают и моделируют поток под конкретный продукт. Это частное предприятие как раз и показывает разницу между кустарным подходом и профессиональным. Их специализация — проектирование и производство пресс-форм — видна именно по таким деталям.

Критерии выбора: на что смотреть в первую очередь, кроме цены

Первое — материал изделия. Для свинцового хрусталя и для боросиликатного стекла — разные истории. Свинец увеличивает текучесть, значит, можно брать воронку с более узким каналом. Но тут же встаёт вопрос абразивного износа… Материал самой воронки должен быть твёрже стекломассы, иначе через месяц работы диаметр изменится, и вся настройка полетит.

Второе — вес отливки. Казалось бы, при чём тут вес? А при том, что от него зависит время заполнения формы. Если воронка слишком мала, стекло начнёт застывать ещё в литниковой системе. Получишь недолив. Слишком большая — увеличится отход, да и тепловые потери будут другими. Есть эмпирические формулы, но я чаще опираюсь на старый опыт: для изделий до 200 грамм диаметр горловины воронки редко бывает меньше 8 мм.

Третье, и это часто упускают — способ литья. Ручная заливка, автоматическая, с подогревом воронки или без? Если литьё автоматическое, с высокой цикличностью, то критична стойкость к тепловому удару. Видел случаи, когда на автоматической линии воронка из хорошей стали давала микротрещины просто из-за ритма: разогрев-охлаждение, разогрев-охлаждение… Пришлось переходить на материал с другим коэффициентом расширения.

Конструктивные особенности: какие формы бывают и когда что применять

Стандартная коническая — самая распространённая, но не всегда лучшая. Хороша для простых изделий с равномерной толщиной стенки. Её плюс — легко изготовить и обслуживать. Минус — в нижней части, где поток сужается, может создаваться избыточное давление, которое выталкивает воздух в полость формы.

Ступенчатая или зонтичная воронка. Более сложная в производстве, но позволяет лучше контролировать скорость потока на разных этапах заполнения. Особенно выручает при литье изделий с резкими перепадами толщины. Например, пепельницы с тонким дном и массивными бортиками. Ступень гасит инерцию, не даёт расплаву пробить тонкий участок.

И есть ещё эксцентричные воронки, с смещённым каналом. Применяются редко, в основном для сложнопрофильных изделий, где нужно задать специфическое направление потока с самого начала. Сам проектировал такую для декоративной стеклянной панели с внутренним рельефом. Задача была — направить основной поток сначала в верхнюю часть, чтобы избежать холодных спаев. Работало, но возни с юстировкой было много. Не самый удобный вариант для серии.

Ошибки при монтаже и эксплуатации, которые сведут на нет даже идеальную воронку

Самая частая ошибка — неправильная центровка. Если ось воронки и ось входного канала формы не совпадают хотя бы на полмиллиметра, возникает боковой удар потока о стенку. Это гарантированные внутренние напряжения в готовом изделии. Проверяю всегда шаблоном, на глаз тут не получится.

Недостаточный или неравномерный прогрев. Холодная литниковая воронка — убийца для процесса. Стекломасса начинает застывать на её стенках, канал сужается, растёт давление. А если прогрев неравномерный (например, горелка с одной стороны), то поток теряет симметрию. В цеху всегда держу пирометр под рукой, чтобы проверить температуру по периметру перед началом смены.

Игнорирование износа. Даже самая стойкая сталь со временем истирается. Особенно в зоне сужения. Надо вести журнал и замерять критический диаметр раз в две-три недели, в зависимости от интенсивности работы. Однажды из-за этого упустил партию в 5000 единиц — диаметр увеличился всего на 0.3 мм, а это привело к изменению скорости заполнения и образованию пузырей в утолщённых местах.

Взаимосвязь с другими элементами литниковой системы

Воронка — это только начало. Её нельзя рассматривать отдельно от стояка, питателей и выпоров. Они работают как единая гидравлическая система. Была у меня ситуация: поставил идеально рассчитанную воронку, но стояк был слишком короткий. Не хватило давления столба расплава для заполнения верхней части формы. В итоге — недолив. Пришлось переделывать не воронку, а весь литниковый комплекс.

Особенно важно соотношение сечений: сечение воронки в самом узком месте, сечение стояка и суммарное сечение питателей. Есть правило: движение должно идти с постепенным или плавным уменьшением скорости. Если после узкой горловины воронки поток резко попадает в широкий стояк, он распушается, захватывает воздух. Я обычно делаю сечение стояка на 10-15% меньше, чем минимальное сечение воронки. Это эмпирика, но работает.

И не забываем про выпоры — воздушные каналы. Их расположение и размер тоже зависят от того, как поток ведёт себя на выходе из воронки. Если воронка создаёт направленный, компактный поток, выпоры можно делать меньше и располагать их ближе к окончательным точкам заполнения. Если поток размытый, воздуха в форме будет больше, и выпоров нужно больше и шире.

Практические советы по подбору и тестированию

Никогда не заказывайте воронку вслепую, по чертежу. Если есть возможность, сначала сделайте пробную отливку с упрощённой, даже кустарной воронкой из более дешёвого материала. Посмотрите на характер заполнения (можно добавить в стекломассу немного красителя для наглядности). Это дешевле, чем переделывать готовую стальную оснастку.

Держите на складе несколько вариантов воронок-кандидатов для типовых продуктов. Не обязательно целые, можно просто критическую часть — сам конус с каналом. При смене поставщика шихты или изменении температурного режима в печи может потребоваться быстрая замена. Это спасёт от простоев.

И последнее: не стесняйтесь советоваться с производителями пресс-форм. Хороший производитель, вроде уже упомянутого ООО Чэнду Синьчжи Индастриз, который специализируется на проектировании и продаже пресс-форм, всегда имеет банк данных по поведению разных сплавов стекла. Они могут дать рекомендации, основанные на опыте с десятками похожих проектов. Их сайт — это не просто каталог, там можно найти технические заметки, которые иногда наталкивают на правильную мысль. В конце концов, выбор литниковой воронки — это не точная наука, а скорее ремесло, где опыт и чужие наработки стоят многого.

В общем, подходите к выбору не как к покупке запчасти, а как к настройке ключевого узла системы. Ошибка здесь дорого обходится, а правильный подбор, наоборот, может скорректировать мелкие недочёты в самой форме. Проверено не раз.