Выбор способа литья. Литьев оболочковые и песчано-глинястые формы. Литье в кокиль и под давлением

Выбор способа литья

Стоимость литых деталей определяют не только технологическим процессом их изготовления, но и стоимостью металла. Особенно это заметно при использовании дорогостоящих литейных сплавов — легированных сталей, оловянных бронз, титановых сплавов и др. Поэтому при выборе способа литья для получения заготовки в первую очередь должен быть рассмотрен вопрос экономии металла.

Металлоемкость литых деталей можно снизить конструктивными и технологическими мероприятиями, направленными на получение облегченных, но более прочных деталей. Очень часто конструкторы закладывают неоправданно большой запас прочности при конструировании деталей, работающих при незначительных эксплуатационных нагрузках.

Рассматривая чертеж детали, которую предполагается получать литьем, необходимо оценить правильность распределения металла, обеспечивающее наилучшее соотношение между массой и прочностью. За счет изменения конструкции, образования выемок, изменения толщины стенок, применения коробчатых, тавровых или иных сечений можно достигнуть значительной экономии металла. Следует предусматривать увеличение радиусов сопряжения и толщины стенок в опасных местах (ребра, бобышки и т. п.). Этим можно существенным образом снизить концентрацию напряжений, увеличить прочность детали.

Необходимо более внимательно анализировать требования, предъявляемые к детали в процессе эксплуатации, чтобы полностью или частично заменить дорогостоящие материалы. Так, стальные детали можно заменить отливками из высокопрочного, модифицированного или армированного чугуна. Стоимость отливок снижается также и за счет более высокой технологичности чугунов как литейных сплавов. Применение низколегированных сталей вместо нелегированных позволяет снизить массу стальных отливок на 10-15 % за счет более высоких прочностных свойств низколегированных сталей.

Прочность модифицированных и высокопрочных чугунов в два-три раза выше, чем серых, поэтому применение их взамен серых чугунов позволяет значительно снизить толщину стенок отливок, а следовательно, и массу отливок.

Таким образом, первым этапом при выборе способа получения заготовки является оценка ее технологичности. При переходе непосредственно к выбору способа получения отливки необходимо оценить все положительные и отрицательные стороны возможных технологических процессов получения литой заготовки, т. е. провести сравнительный анализ.

Основные факторы, которые необходимо учитывать при сравнении различных способов литья, следующие.

1. Для получения качественных отливок в первую очередь необходимо учитывать технологические свойства сплава (жидкотекучесть, склонность к усадочной и газовой пористости, к ликвации и т. п.). Если сплав обладает пониженной жидкотекучестью, то нежелательно применение литья в металлические формы. Жидкотекучесть повышается при литье под давлением, центробежном, по выплавляемым моделям, штамповке жидкого металла. Если сплав имеет высокую склонность к усадке, нежелательно применение литья в металлические формы и под давлением, так как в первом случае возможно образование трещин из-за низкой податливости формы, во втором — повышение трудоемкости изготовления отливки из-за сложности установки прибылей, усложнения пресс-формы.

2.      Следует учитывать возможности способов в получении отливок без дефектов литейного происхождения, а также возможности способов литья в обеспечении равномерной, мелкозернистой структуры, более высоких механических свойств.

3.      При выборе способа литья необходимо учитывать технологичность конструкции детали применительно к каждому из рассматриваемых способов.

Тонкостенные отливки наиболее сложных конструктивных форм можно получить литьем по выплавляемым моделям и под давлением. Литьем в песчано-глинистые формы также можно получать весьма сложные отливки. При литье в кокиль форма отливки должна быть по возможности более простой, при центробежном литье основной тип деталей — тела вращения.

Необходимо также учитывать толщину стенок — наиболее тонкие стенки обеспечивает литье по выплавляемым моделям, при литье в кокиль стенки отливок более толстые, чем при литье в песчано-глинистые формы, и т. д. Специальные способы литья целесообразно применять для получения мелких и средних по массе отливок; при литье в песчано-глинистые формы габаритные размеры и масса отливок не ограничены.

По возможности всегда следует выбирать такой способ литья, который обеспечил бы в отливке заданные точность и параметр шероховатости поверхности. Высокая чистота поверхности отливок дает возможность сохранить при механической обработке литейную корку, имеющую повышенные твердость и износостойкость, резко снизить себестоимость готовых деталей за счет экономии металла и снижения трудоемкости при механической обработке.

В табл. 4.1 приведены значения точности и шероховатости поверхности отливок, достигаемые при современных способах производства. Оценка точности дана по стандартам на механически обработанные детали. Для сравнения на рис. 4.1 приведены поля допусков на размеры отливок при различных способах литья алюминиевых сплавов.

Основные положения к выбору способа литья

4. Специальные способы литья целесообразно применять при крупносерийном и массовом производствах заготовок, так как эти процессы экономически оправдывают себя только в том случае, если стоимость оснастки полностью окупается снижением расходов на механическую обработку.

Таблица 4.1

Точность и шероховатость отливок для различных способов литья

Основные положения к выбору способа литья

 

Возможности имеющегося оборудования, а также уровень литейной технологии и технологии механической обработки.

Как говорилось выше, наиболее точным показателем, определяющим эффективность применения того или иного способа литья, является себестоимость. Для подсчета себестоимости нужно иметь технически обоснованные нормативные данные по расходу материалов, трудовым затратам и расценкам на выполнение различных процессов и операций в заготовительных и механических цехах. Как правило, такие нормативы имеются на предприятиях.

Для сравнения экономичности применения различных способов литья также следует учитывать трудоемкость, которая зависит от массы и сложности отливок, технических требований, предъявляемых к отливкам, типа производства и его организации, а также от степени механизации и автоматизации технологического процесса. С увеличением объема производства трудоемкость и себестоимость литья уменьшаются. В табл. 4.2 приведены значения расхода материала для некоторых способов литья.

Таблица 4.2 Технико-экономические показатели способов литья

Основные положения к выбору способа литья

 

На трудоемкость и себестоимость отливок большое влияние оказывают сложность отливок и требования, предъявляемые к отливкам.

При сравнении можно рекомендовать сопоставление между собой следующих способов литья.

Литье в оболочковые формы и литье в песчано-глинистые формы.

Следует учитывать, что себестоимость готовых (механически обработанных) деталей из отливок, выполненных в оболочковые формы, на 20-30 % ниже, чем при литье в песчано-глинистые формы, а трудоемкость производства 1 т оболочкового литья примерно на 30-50 % меньше трудоемкости литья в песчано-глинистые формы.

Целесообразно переводить на литье в оболочковые формы детали, которые при литье в песчано-глинистые формы трудоемки при механической обработке и очистке (например, зубчатые колеса, звездочки), а также детали, изготовляемые из поковок (например, коленчатые валы, кулачковые валики). Как правило, перевод на литье в оболочковые формы деталей, изготовляемых из поковок, если такой перевод допустим по конструктивным соображениям, оказывается экономически целесообразным.

Таблица 4.3

Показатели эффективности применения литья по выплавляемым моделям

Отрасль промышленности

Снижение

расхода металла, %

Снижение трудоемкости, %

механической обработки

общей

изготовления деталей

Судостроение

34-87

29-83

38-60

Турбостроение

73-93

60-70

35-40

65-80

Станкостроение

30-70

26-85

34-80

33-55

Приборостроение

60-75

57,0

46,0

35,0

В качестве примера такого решения можно привести опыт изготовления коленчатого вала автомобиля «Волга» из модифицированного чугуна [21], при этом эффективность такой замены можно оценить по изменению себестоимости детали. Так, отношение себестоимости отливки к себестоимости поковки одного коленчатого вала составляет 0,66.

Основным препятствием перевода деталей на литье в оболочковые формы является высокая стоимость связующих смол. Поэтому окончательное решение о целесообразности применения этого способа должно быть принято после экономического расчета с учетом типа детали и условий производства.

Литье по выплавляемым моделям и заготовки, полученные из проката или штамповок. В табл. 4.3 приведены в качестве примера значения показателей, характеризующих эффективность применения литья по выплавляемым моделям.

Литье в кокиль и литье в песчано-глинистые формы.

Литье в кокиль имеет более высокие технико-экономические показатели при одинаковом уровне механизации. Увеличение выхода годного литья на 2-8 % и выпуска литья на одного рабочего в два-три раза; снижение стоимости одной тонны литья на 5-15%. Основной экономии при кокильном литье достигают за счет уменьшения расходов на формовочные материалы и изготовление форм.

Литье под давлением и литье в кокиль или листовая штамповка, реже литье в песчано-глинистые формы. Литье под давлением является наиболее экономичным способом получения заготовок из алюминиевых и магниевых сплавов. При выборе способа литья из этих сплавов можно пользоваться диаграммой, приведенной на рис. 4.2 [25].

 

Основные положения к выбору способа литья

 

Показатели эффективности изготовления колец синхронизатора

(масса детали 1,2 кг)

Основные положения к выбору способа литья

 

Себестоимость литья под давлением при массовом производстве деталей из алюминиевых сплавов складывается из затрат, %:

Стоимость основных материалов……………………      75-85

Зарплата производственных рабочих…………………….. 3-4

Цеховые расходы………………………………………….          5-6

Стоимость оснастки…………………………………………….. 2-5

Восстановление инструмента………………………….          1-2

Технологическое топливо……………………………… 0,3-0,4

Отчисления на социальные нужды…………………. 0,7-0,8

Текущий ремонт основных фондов………………… 1,5-2,0

Амортизационные отчисления………………………………. 3-4

Рентабельность применения литья под давлением в значительной степени зависит от организации труда и масштаба производства: чем крупнее производство, тем ниже себестоимость отливок. В табл. 4.4 приведены экономические показатели изготовления колец синхронизатора литьем под давлением и штамповкой. Из таблицы видно, что перевод на литье под давлением значительно повышает выход годного, снижает трудоемкость механической обработки и дает значительную экономию металла.

В табл. 4.5 приведены данные об изменении расхода металла и трудоемкости при переводе деталей втулок из цинкового сплава с литья в кокиль на литье под давлением.

Таблица 4.5

Сопоставление способов литья в кокиль и под давлением (в относительных единицах)

Литье

Расход металла на одну заготовку

Масса заготовки

Затраты на изготовление детали

Норма времени

Расценка

В кокиль

1,0

1,0

1,0

1,0

Под давлением

0,858

0,907

0,797

0,859

 

В заключение следует отметить, что литье под давлением является одним из наиболее прогрессивных способов получения заготовок, так как полное отсутствие механической обработки обеспечивает значительную экономию металла.

При выборе способа литья необходимо также учитывать и качество металла в отливках (наличие дефектов литейного происхождения, плотность, механические свойства и т. д.). Наиболее качественный металл получается при штамповке жидкого металла (особенно при кристаллизации под поршневым давлением), затем при центробежном литье и при литье в кокиль.

Комментариев нет »

Комментариев нет.

RSS-лента комментариев к данной записи. TrackBack URI

Оставить комментарий