Технологические требования к конструкции литых деталей

By | 17 августа, 2011

Соответствие конструкции отливки требованиям технологии и экономики литья устанавливают на первом этапе проектирования технологического процесса — при анализе технологичности конструкции отливки.

Под технологичностью литых деталей принято понимать прежде всего выбор таких конструктивной формы и материала литой детали, которые, не снижая основных конструктивных требований, способствуют получению качественных отливок с заданными физико-механическими свойствами, требуемой геометрией и минимальной трудоемкостью. Нетехнологичные конструкции литых деталей, сконструированные без учета особенностей литейного производства, могут привести к повышению трудоемкости и себестоимости отливок, перерасходу металла и образованию дефектов.

При определении себестоимости заготовки основной базой для расчета является ее масса. Поэтому снижение массы деталей, изготовляемых из литых заготовок, при прочих равных условиях (сложность конфигурации, марка материала, способ изготовления и т. п.) — одна из важнейших задач конструкторов и технологов.

Масса каждой конкретной литой заготовки зависит от геометрической формы, размеров, сечения отдельных конструктивных элементов ее. Из этого следует, что при проектировании литых деталей необходимо стремиться к максимально возможному снижению их массы и упрощению конфигурации, оставлять размеры детали минимально необходимыми исходя из условий расчетной прочности и других конструктивных требований. При этом должны быть учтены все технологические особенности литья и обеспечена возможность применения простых и дешевых способов получения качественных литых деталей как в процессе их изготовления, так и при дальнейшей механической обработке.

Конструкция литой детали во многом определяет экономичность выбранного технологического процесса литья. Поэтому, прежде чем приступить к проектированию заготовки, необходимо убедиться в том, что данная деталь является технологичной именно для данного, выбранного способа литья.

В случае выявления нетехнологичности литых деталей в чертеж готовой детали необходимо внести конструктивные изменения, т. е. откорректировать чертеж готовой детали с учетом требований и возможностей выбранного способа литья. Эти изменения должны быть согласованы с конструктором, технологом-литейщиком и технологом по механической обработке.

В себестоимость отливок входит размер брака в пределах, минимально допустимых для каждого конкретного производства. Значительные потери от брака могут повлиять на экономические показатели, поэтому технологические требования к конструкции литых деталей необходимо рассматривать прежде всего как основные меры по устранению причин брака в литых деталях.

При конструировании литых деталей должны соблюдаться требования общей литейной технологии, изложенные в РТМ 12-60 «Элементы конструкции литых деталей» и ОСТ 3-1284-72 «Отливки. Конструктивные элементы». Ниже рассмотрены основные принципы конструирования литых деталей, изготавливаемых в песчано-глинистых формах.

Конструкция литой детали должна обеспечивать направленное затвердевание отливки и быть технологичной. Внешние контуры литой детали должны быть плавными, что снижает концентрацию остаточных напряжений в местах сопряжения прямоугольных участков, уменьшает торможение усадки при охлаждении формы. Необходимо стремиться к уменьшению общих габаритных размеров литой детали, особенно ее высоты, к устранению чрезмерно выступающих частей, тонкостенных ребер большой протяженности, глубоких впадин и поднутрений.

В целях уменьшения трудоемкости изготовления и сборки форм, снижения брака по перекосу и искажению конструкция литой детали должна обеспечивать минимальное количество разъемов модели, отсутствие отъемных частей, минимальное количество стержней. При конструировании литых деталей следует соблюдать правило «теней». Если при освещении литой детали параллельными лучами в направлении, перпендикулярном к плоскости разъема формы, появляются теневые участки, это свидетельствует о несовершенстве ее конструкции. Такую конструкцию необходимо пересмотреть, в противном случае трудоемкость ее изготовления значительно увеличится за счет необходимости применения формы с отъемными частями (рис. 3.1).

Наиболее существенное влияние на массу детали оказывает толщина стенок, ребер, фланцев и других конструктивных элементов.

Однако уменьшение толщины конструктивных элементов отливки допустимо только в определенных пределах, ограниченных условиями прочности, литейными свойствами сплавов и возможностями выбранного способа литья. Практикой установлены оптимальные значения толщины стенок, ребер и других конструктивных элементов отливок в зависимости от литейных свойств сплавов, средней массы отливки и характера производства.

Толщину стенок литых деталей определяют в зависимости от механических и технологических свойств сплава, конфигурации и габаритных размеров детали, способа ее получения. Правильно выбранная толщина стенок обеспечивает необходимые жесткость, герметичность и является одним из важнейших условий получения годных отливок с высоким коэффициентом использования металла. Чрезмерно толстые стенки увеличивают массу детали, вызывают появление усадочной рыхлости и пористости, снижают прочность изделий. Очень тонкие стенки при литье получить невозможно из-за большого брака по незаполнению формы, трещинам и прочим дефектам (табл. 3.1).

При конструировании литых деталей необходимо стремиться, по возможности, к одинаковой толщине стенок по всему сечению, избегать локального скопления металла, так называемых горячих мест или термических узлов. Термический узел — место локального скопления металла, которое дольше остается горячим, дольше затвердевает и где больше вероятность образования усадочных рыхлости и раковин.

 Технологические требования к конструкции литых деталей

 Технологические требования к конструкции литых деталей

Правильность конструкции в этом случае проверяют методом вписанных окружностей, суть которого заключается в том, что окружность, вписанная в любое сечение отливки, должна беспрепятственно «выкатываться» в направлении прибыли (рис. 3.2).

 

Наименьшие толщины стенок отливок, получаемых литьем в песчано-глинистые формы

Материал

Размеры отливки

Наименьшая

толщина стенки, мм

Мелкие

8

Сталь

Средние

12

Крупные

20

Чугун серый обычный и с шаровидным графитом

Мелкие (масса до 2 кг)

3-4

Средние (масса до 50 кг)

6-8

Крупные (масса св. 50 кг)

10-20

Наибольшие размеры стенки, мм:

50×50

2,5-3,5

Чугун ковкий

100×100

3,0-4,0

200×200

3,5-5,5

350×350

4,0-5,5

500×500

5,0-7,0

Наибольшая длина стенки, мм:

до 50

3

Бронза оловянная

св. 50 до 100

5

» 100 » 250

6

» 250 » 600

8

Бронзы специальные

Мелкие

6

и латуни

Средние

8

Бронза кремнистая

4

Алюминиевые сплавы

Мелкие при наибольшей длине стенки, мм, не более:

200

3-5

800

5-8

Мелкие

4

Магниевые сплавы

Средние при длине стенки не более 400 мм

6

Цинковые сплавы

3

 

 Технологические требования к конструкции литых деталей

Рис. 3.3. Исключение термического узла изменением

конструкции детали

 

В зависимости от конфигурации детали соотношения диаметров двух рядом лежащих окружностей рекомендуется брать в пределах от 1,0 до 1,1 или от 1,0 до 1,5. Если конструкцию литой детали трудно выполнить с соблюдением принципа направленного затвердевания (рис. 3.3, а), то следует применять специальные технологические приливы, объединяя термические узлы в один укрупненный (рис. 3.3, б), или использовать конструктивные ребра жесткости (рис. 3.3, б).

 Технологические требования к конструкции литых деталей

 

Наименьшую толщину стенки литых деталей можно определить в зависимости от сплава по графикам (рис. 3.4). Для деталей прямоугольной формы приведенный габаритный размер N определяется по формуле [1]

 Технологические требования к конструкции литых деталей

Для стальных и чугунных литых деталей при N > 8 толщину стенок принимают соответственно 40 и 30 мм. Для медных и алюминиевых сплавов с приведенным габаритом N < ОД минимальную толщину стенок можно принять: 4 мм для безоловянных сплавов; 2,5 мм для оловянных сплавов; до 2 мм для алюминиевых сплавов.

Толщина стенок чугунных литых деталей, габаритные размеры которых меньше 0,5 м, может быть принята 1,5-2,0 мм, стальных — 4-5 мм. Учитывая более низкую жидкотекучесть высокопрочного и модифицированного чугунов, толщину стенок литых деталей из них следует увеличивать на 15-20 % по сравнению с серыми чугунами. Толщину внутренних стенок принимают равной: для чугунных и алюминиевых отливок на 10-20 % меньше толщины наружных, для стальных — на 20-30 %, для медных сплавов — на 15-20%. Толщину стенок литых деталей из легированных сталей принимают на 20-30 % меньше, чем однотипных деталей из углеродистых сталей. Толщину краев стенок крупногабаритных литых деталей рекомендуется увеличивать для выравнивания температуры по сечению при охлаждении и уменьшения остаточных напряжений (табл. 3.2). Прочность следует повышать не за счет увеличения толщины стенок, а приданием стенкам коробчатого, U-образного или ребристого профиля (рис. 3.5), что упрощает литейную технологию и снижает соответственно себестоимость.

В литых деталях со стенками разной толщины, с резкими и неправильно выполненными переходами между сечениями, с большими скоплениями металла возникают значительные внутренние напряжения, приводящие к короблению и трещинам, усадочным раковинам и пористости. На рис. 3.6, а дан пример возможного образования брака при неправильном конструировании литой детали: в местах скопления металла — усадочная раковина, в местах сопряжения массивной и тонкой частей отливки — трещина. На рис. 3.6, б показан пример устранения указанного брака, что одновременно приводит и к снижению массы детали.

Очень важно при конструировании литой детали осуществить правильное сопряжение стенок отливки. Практикой литейного производства установлены следующие типы сопряжения стенок: угловое, тавровое, V-, вилко-. К-, Х-, крестообразное (табл. 3.3).

 Технологические требования к конструкции литых деталей

 

 Технологические требования к конструкции литых деталей

Таблица 3.3

Элементы сопряжения стенок отливок

 Технологические требования к конструкции литых деталей

 Технологические требования к конструкции литых деталей

 

РТМ 12-60 регламентирует соотношения переходов сечений в лобовых, угловых и тавровых сопряжениях, там же установлены необходимые размеры для радиусов сопряжения. Неправильно выполненные сопряжения могут привести к образованию неисправимого литейного брака (усадочных раковин и рыхлостей). На рис. 3.7 представлены некоторые типы соединений, приводящие к образованию литейного брака.

На качество литой детали большое влияние оказывает правильный выбор радиусов закруглений (галтелей) в местах

переходов от одних сечений к другим. Практикой установлено, что слишком малый радиус закруглений приводит к образованию трещин, чрезмерно большой — к появлению усадочной рыхлости. Вследствие конструктивных ошибок при выборе радиусов сопряжении отдельных деталей могут быть серьезные аварии в процессе эксплуатации изделий.

 Технологические требования к конструкции литых деталей

Для литых деталей оптимальный радиус закруглений, обеспечивающий получение наиболее качественного металла, в основном зависит от толщины стенок отливки (рис. 3.8). При этом следует соблюдать следующие требования.

 Технологические требования к конструкции литых деталей

Закругления необходимо производить из одного центра (рис. 3.9, а) как для внутреннего, так и для наружного радиусов, если сопрягаются стенки одной толщины. Внутренние радиусы при сопряжении стенок разной толщины (рис. 3.9, б) определяют значениями, приведенными в табл. 3.4.

Для отливок из серого чугуна рекомендуются следующие радиусы закруглений: 1, 2, 3, 5, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40 мм, при этом радиусы выбирают в пределах 1/5 1/3 среднего арифметического от толщины сопрягаемых стенок. Радиусы закруглений литых деталей из цветных металлов и сплавов выбирают по табл. 3.5.

 Технологические требования к конструкции литых деталей

Совместными воздействиями конструктивных и технологических мероприятий можно предупредить возникновение внутренних напряжений, трещин и коробления литых деталей.

 

Внутренние радиусы г при сопряжении стенок разной толщины в литых деталях

Отношение сопрягаемых стенок

s/sx

Минимальная толщина стенки или ребра, мм

До 6

Св. 6 до 10

Св. 10 до 15

Св. 15 до 20

Св. 20

до 25

Св. 25 до 35

Св. 35 до 45

Св. 45 до 60

Св. 60 до 80

Св. 80 до 100

Св. 1 до 2

5

8

10

12

15

20

25

30

40

50

Св. 2 до 3

8

10

12

15

20

25

30

40

50

Св. 3

10

12

15

20

25

30

40

50

Ребра жесткости применяют для увеличения жесткости и прочности литых деталей, усиления нагруженных мест без увеличения толщины стенок, предотвращения коробления выступающих тонкостенных элементов. Ребра жесткости позволяют уменьшить сечение отдельных элементов деталей, снизить внутренние напряжения в местах сопряжения стенок различной толщины, а также способствуют предотвращению коробления или брака по трещинам.

Таблица 3.5

Радиусы закруглений для отливок из цветных металлов и сплавов, мм

(S + Si)/2

г

До 12

6

Св. 12 до 16

8

Св. 16 до 20

10

Св. 20 до 27

12

Св. 27 до 35

16

Св. 35 до 45

20

Св. 45 до 60

25

Св. 60 до 80

32

Св. 80 до 110

36

Св. 110 до 150

40

Св. 150 до 200

50

При конструировании ребер жесткости нужно пользоваться следующими положениями. Толщина наружных ребер жесткости не должна превышать 0,8 толщины сопрягаемой стенки. Внутренние ребра из-за более медленного охлаждения металла выполняют менее массивными: толщина их составляет 0,6-0,7 толщины сопрягаемой стенки. При большей толщине ребер возможно появление усадочной рыхлости или трещин в местах скопления металла на стыке ребра жесткости и перехода от одной стенки к другой (рис. 3.10). В местах сопряжения ребер жесткости с сечениями тела детали в ребрах жесткости предусматривают отверстия с целью исключить образование усадочных дефектов. Форма ребер жесткости должна обеспечивать их свободную деформацию при усадке металла во время охлаждения отливки, поэтому им придают криволинейную форму. Ребра жесткости располагают в плоскости разъема формы или перпендикулярно к ней, чтобы избежать применения отъемных частей модели.

 

 Технологические требования к конструкции литых деталей

В некоторых случаях для повышения жесткости детали в направлении, перпендикулярном к стенкам, вместо ребер жесткости применяют двойные стенки (рис. 3.11).

В стенках литых деталей для снижения усадочных напряжений предусматривают конструктивные отверстия — окна овальной или круглой формы (рис. 3.12). Особенно они необходимы в литых деталях со стенками значительной протяженности. Конструкция и размеры окон определяются исходя из прочностных расчетов стенки детали.

Однако отверстия, предусмотренные в чертеже литой детали, не во всех случаях возможно и целесообразно выполнять при литье. Технически возможно получение отверстий литьем, если их диаметры не превышают 20 мм при массовом, 30 мм при серийном, 50 мм при единичном производствах.

Для чугунного литья при единичном и мелкосерийном производствах литые отверстия выполняют, когда их диаметры не меньше: для мелкого — 15 мм; для среднего — 20 мм; для крупного — 30 мм.

 Технологические требования к конструкции литых деталей

Литую деталь необходимо конструировать с минимальным количеством бобышек, приливов и буртов, так как они образуют локальное скопление металла и, следовательно, являются причиной возникновения усадочных раковин и рыхлости, требуют применения отъемных частей формы, что в конечном счете удорожает стоимость отливки. Если расстояния между центрами бобышек равны или меньше расстояний, указанных в табл. 3.6, то отдельно стоящие бобышки конструктивно соединяют в одну (рис. 3.13).

 Технологические требования к конструкции литых деталей

Высота бобышек, платиков, пальцев и других приливов не должна превышать толщины стенки, на которой они находятся. Сопряжения бобышек и приливов со стенкой детали должны быть плавными, без резких углов и переходов. Наружные диаметры бобышек при наличии отверстия рекомендуется назначать с учетом толщины стенки отливки, на которой расположена бобышка (табл. 3.7).

При конструировании литой детали необходимо избегать узких и глубоких впадин.

Узкие полости, различного рода пазы и выемки также являются одной из причин, вызывающих брак литых деталей, поэтому конструктору следует по возможности избегать применения подобного рода элементов.

 Технологические требования к конструкции литых деталей

 

При всех способах литья, кроме литья по выплавляемым и газифицируемым моделям, применяются формы с одной или несколькими плоскостями разъема, поэтому для беспрепятственного удаления литых деталей из формы конструктор должен предусмотреть так называемые конструктивные уклоны, назначаемые на стенки, перпендикулярные к плоскости разъема (табл. 3.8).

Минимальные расстояния между центрами бобышек, отливаемых раздельно, мм

Диаметр резьбовых крепежных отверстий, мм

Размер А (рис. 3.13, а) при литье

в песчаные формы

в кокиль и под давлением

До 4

25

15

Св. 4 до 6

30

18

Св. 6 до 10

30

22

Св. 10 до 14

40

30

Св. 14 до 18

50

38

Определенные требования накладываются и на конструкцию литых деталей типа втулок с фланцами, маховиков, шкивов, зубчатых колес и т. п. При неправильном конструировании втулок с фланцами, особенно из сплавов с большой объемной усадкой, в местах скопления металла и после затвердевания отливки могут образоваться усадочные раковины. Поэтому при конструировании следует выравнивать сечения за счет применения ребра жесткости или введения кольцевой канавки (рис. 3.14, а-г).

Таблица 3.7

Зависимость наружного диаметра бобышки от диаметра отверстия

 Технологические требования к конструкции литых деталей

 

Таблица 3.8

Параметры уклонов в зависимости от высоты элемента поверхности детали

 Технологические требования к конструкции литых деталей

 

При конструировании фланцев с толщиной стенки, резко отличающейся от толщины основного тела отливки, необходимо предусматривать плавный переход с конусностью 1:5. При конструировании маховиков и шкивов следует учитывать возникающие при охлаждении отливок внутренние напряжения, которые могут служить причиной возникновения трещин и коробления. При толстостенной ступице большой протяженности в ней следует предусматривать кольцевые выемки для выравнивания сечения. Внутренние напряжения в отливках маховиков с прямыми спицами снижаются при нечетном числе спиц. При четном числе спицы следует выполнять изогнутыми (рис. 3.14, д). Сечения спиц должны иметь форму, приведенную на рис. 3.14, е.

 Технологические требования к конструкции литых деталей

Таким образом, чем ниже технологические свойства сплавов, тем более жесткие требования должны быть предъявлены к конструкции литых деталей, особенно к наличию «тепловых узлов», толщине стенок, радиусам и галтелям. В литых деталях, получаемых из сплавов, склонных к образованию усадочных рыхлот и пористости (сталь, цветные сплавы, высокопрочный чугун), необходимо, как уже указывалось выше, обеспечить направленное затвердевание, снизить термические напряжения, возникающие вследствие неодинаковой скорости охлаждения отдельных частей отливки. Если термические напряжения превысят предел упругости, то могут возникнуть остаточные деформации (коробление), а в случае превышения предела прочности материала литая деталь может разрушиться. Поэтому во избежание коробления и трещин литых деталей из сплавов с низкими литейными свойствами при конструировании следует придерживаться следующих правил.

Поперечным сечениям литых деталей необходимо придавать по возможности форму, обеспечивающую свободную усадку. Для исключения коробления литые детали нужно конструировать со стенками, незначительно различающимися по толщине. Стенкам значительной протяженности лучше придавать не прямолинейную, а изогнутую форму. Для уменьшения коробления, а также для увеличения жесткости рекомендуется предусматривать конструктивные или технологические ребра жесткости (последние удаляют при механической обработке).

Изложенные выше правила очень важны, и выполнение их является обязательным при конструировании литых деталей. Однако каждый специальный способ литья имеет свои особенности, которые также необходимо учитывать при разработке конструкции литой детали. Поэтому при переводе с литья в песчаные формы на какой-либо из специальных способов литья (в кокиль, в оболочковые формы, под давлением и т. д.) требуется внести в чертеж готовой детали необходимые конструктивные изменения. Эти изменения могут заключаться в корректировке толщины стенок, а также в снижении (если это допустимо) шероховатости и точности размеров ряда поверхностей в целях получения последних без последующей механической обработки, введении ребер жесткости, использовании стенок коробчатого или таврового сечения и т. д. Ниже будут рассмотрены технологические особенности основных видов литья, области их применения, возможности и экономическая целесообразность использования этих способов.

Технологические требования к конструкции литой детали при использовании литья в оболочковые формы те же, что и при литье в песчано-глинистые формы. Однако специфика изготовления оболочковых форм предопределяет ряд требований к конструкции детали с точки зрения ее технологичности. Поэтому проектирование технологического процесса изготовления отливки начинается с оценки возможности изготовления ее литьем в оболочковые формы. Конструктор вместе с технологом-литейщиком должны производить отработку конструкции детали, чтобы учесть особенности технологического процесса этого способа литья.

Конструкция детали должна удовлетворять следующим основным требованиям.

1.       Конфигурация детали должна обеспечивать возможность извлечения модели из формы с минимальным количеством стержней. Лучшие результаты по точности и чистоте поверхности отливок получаются, если вся отливка размещается в одной полуформе.

2.     Не рекомендуется переводить на литье в оболочковые формы глубокие коробчатые конструкции, так как при обычных приемах формовки из-за высокой текучести песчано- смоляных смесей формы получаются разностенными.

3.       При литье в оболочковые формы можно выполнять тонкие ребра, четкие художественные рельефы, острые углы. Однако толщину стенок не рекомендуется проектировать менее 2-2,5 мм для мелкого литья и 3-4 мм для среднего литья. При этом необходимо учитывать жидкотекучесть сплава и конфигурацию отливки. Оптимальная толщина стенок отливок лежит в пределах 2-8 мм.

4.     Отливка должна иметь равномерную толщину стенок. Следует по возможности избегать сочетания массивных и тонких частей, так как применение холодильников и прибылей усложняет изготовление оболочек и снижает производительность труда. В массивных частях литых деталей необходимо выполнять отверстия, углубления, применять для обеспечения необходимой прочности коробчатые, тавровые и ребристые сечения.

5.      Во избежание образования трещин, усадочных раковин и рыхлости между отдельными частями литых деталей должны быть обеспечены плавные переходы, оформляемые радиусом или галтелью. В зависимости от толщины стенок и вида заливаемого металла радиусы округления назначают равными 1, 2, 3, 5, 8 или 10 мм. Для стальных отливок радиусы округления должны быть не менее 3 мм. Переходный угол для оформления различных утолщений на отливке следует брать 30-45°.

6.      Для свободного съема оболочки с модели стенки последней должны иметь конструктивные уклоны в пределах 0,5-5,0°.

7.      При толщине стенок 10-12 мм можно выполнять отверстия диаметром до б мм, при большей толщине стенок отверстия малого диаметра выполнять нецелесообразно.

Припуск на механическую обработку выбирают в зависимости от конструктивных особенностей и размеров детали. Например, если наибольший размер детали до 50 мм, то назначают припуск 0,3 мм на сторону; если размеры детали 50-250, 250-500 и более 500 мм, то припуск на сторону соответственно составляет 0,5-0,7, 0,7-1,0 и 1,2-2,0 мм.

Все перечисленные выше требования должны быть по возможности учтены конструктором при выпуске чертежей деталей, изготавливаемых литьем в оболочковые формы.

1.      Минимально возможная толщина стенки отливки для большинства сплавов составляет 1,5-2,0 мм при протяженности стенки до 50 мм. Отдельные кромки отливок могут иметь толщину 0,7-0,8 мм и протяженность не более 10 мм. Оптимальная толщина стенок отливки составляет 6 мм, так как при большей толщине и недостаточном питании отливки жидким металлом могут появиться усадочные и газовые раковины и пористость.

2.      Следует избегать местных утолщений и резких переходов от толстого сечения к тонкому. Отношение толщин сопрягаемых стенок не должно превышать 1/4.

3.       Во избежание коробления литых деталей с тонкими стенками протяженностью более 150 мм либо со стенками неравномерной толщины необходимо предусматривать технологические окна (отверстия) или ребра жесткости.

4.       Отверстия в отливках можно получить любой формы — сквозные и глухие. Оформление в отливках отверстий диаметром менее 3 мм затруднительно из-за сложности изготовления качественной керамической оболочки. Отверстия диаметром 3-5 мм рекомендуется выполнять в отливках только в тех случаях, когда при изготовлении отливок используют сплавы, не поддающиеся механической обработке, или когда положение оси отверстия не связано с базами жесткими допусками, или когда эти допуски могут быть выдержаны при литье. Сквозные отверстия рекомендуется выполнять в отливках при отношении их глубины к диаметру не более 2 :1, а глухие — при отношении 1:1. Отверстия малого диаметра в стенках большой толщины выполняют при помощи трубок, залитых в отливке.

5.     Как показывает практика литья по выплавляемым моделям, изготовление резьбы в отливках нецелесообразно, так как качество резьбы получается хуже, чем при механической обработке. Только при получении отливок из труднообрабатываемых сплавов резьбу следует получать литьем.

6.       Сопряжение стенок следует оформлять по радиусам или галтелью.

7.       Формовочные уклоны устанавливают в соответствии с ГОСТ 3212-80*.

8.      Полости в отливках должны иметь выходные отверстия, необходимые для получения качественной оболочки (рис. 3.15). В полости детали (рис. 3.15, а) может образоваться воздушная подушка под оболочкой во время опускания модели в обмазку. В конструкции, приведенной на рис. 3.15, б, внутренняя оболочка получается более качественной и устойчивой.

9.     Прямые стенки большой протяженности рекомендуется заменять искривленными или предусматривать в них технологические окна для увеличения жесткости конструкции отливки.

10.       При данном способе литья наиболее качественными получаются сложные корпусные, компактные детали, поэтому желательно объединять несколько деталей в одну с последующим их разделением тем или иным способом. Крупные плоскостные детали, наоборот, целесообразно расчленять на более мелкие с последующей сборкой отдельных частей.

 Технологические требования к конструкции литых деталей

 

Возможность перевода детали на литье в металлические формы определяется технологичностью конструкции и требованиями к ней технических условий. Чем сложнее отливка, тем больше затраты на изготовление формы, меньше ее стойкость, выше себестоимость литья. Соответствие конструкции отливки требованиям технологии устанавливают при анализе технологичности конструкции отливки, который проводится с учетом общих требований, предъявляемых к конструкции отливки, и в частности, при литье в металлические формы.

Выбор деталей для перевода их на литье в кокиль начинают с изучения чертежа детали. В первую очередь необходимо выявить экономическую целесообразность применения кокильного литья, литейные свойства сплава, соответствие конструкции детали условиям литья в кокиль, которые в основном сводятся к следующему.

1.     Отливки должны иметь простую форму, без выступов, острых углов, поднутрений и т. п., чтобы легко было извлекать их из формы. Полость отливки следует выполнять минимальным количеством стержней. Разъем формы должен быть плоским, что удешевляет ее изготовление и увеличивает точность отливки. Конусность стенок металлической формы и металлических стержней должна быть достаточной для быстрого извлечения из формы, в противном случае из-за затрудненной усадки могут возникнуть остаточные напряжения и трещины. Конусность стенок формы выбирают в пределах 0,5-1,0°, металлических стержней — 1,5-3,0°.

Отливка не должна иметь резких переходов от стенок одной толщины к стенкам другой толщины. Чтобы устранить возможность образования усадочных раковин и снизить гидравлическое сопротивление формы движению металла при заливке, следует применять плавные переходы толщин стенок отливки. Минимальную толщину стенки отливки можно выявить по диаграмме рис. 3.16 в зависимости от габаритных размеров отливки. Величину N определяют по Формуле (3.1), кроме этого, можно воспользоваться данными, представленными в табл. 3.9.

 Технологические требования к конструкции литых деталей

8.              Ребра, бобышки и иные выступы должны быть расположены перпендикулярно к плоскости разъема формы, что устраняет применение дополнительных стержней или отъемных час?- тей. Не следует допускать двустороннюю механическую обработку стенок отливки, так как припуск при этом увеличивает разностенность, а при обработке резанием удаляется наиболее качественный слой металла. Литым деталям изготавливаемым из сплавов с большой линеиной усадкой и имеющим значительную плоскую поверхность, следует придавать изогнутую форму или необходимо применять ребра жесткости.

1.

Таблица 3.9 Минимальные толщины стенок отливки, мм

Кокиль

Материал

Размеры отливки

без стержней и со стержнями металлическими

с песчаными стержнями

Магниевые сплавы

Мелкие

4

3

Средние

6

5

Алюминиевые сплавы

Площадь поверхности, см2:

6-160

2,8

161-600

3,2

601-1200

3,6

1201-2400

4,3

Алюминий-кремний

Площадь поверхности стенок не более 30 см2

3

2 ?

Бронза оловянная

Площадь поверхности

4

3

Бронза специальная

стенок 30 см2

6

5

Чугун

Площадь поверхности стенок, см2:

До 25

4

3

25-125

5-10

4-8

Кольцевые

11-18

9-15

Сталь углеродистая из электропечей:

Мелкие

6

4

кислых

Средние

16

10

Крупные

20

15

Мелкие

8

основных

Средние

16

Крупные

25

Таблица ЗЛО

Минимальные размеры отверстий, выполняемых в кокильных отливках

Сплавы

Диаметр отверстия в отливках, мм

Отношение глубины к диаметру для отверстий

Конусность,

О

мелких

средних

крупных

глухих

сквозных

Свинцово-оловянистые

1,0

1,5

3-6

1,5-10

0,2

Цинковые, магниевые

6,0

7,0

8,0

2-3

3-6

2-3

Алюминиевые

8,0

10,0

12,0

2

1,5

Чугунные

10,0

15,0

20,0

1,5-2

2-3

2-3

Медные

13,0

14,0

1,5

Стальные

20,0

30,0

40,0

4-5

3. В отливке следует избегать глубоких отверстий малого диаметра (табл. 3.10).

Если по условиям эксплуатации детали требуется поверхность более высокого качества, а размеры более точные, чем это можно обеспечить при литье, принимают на механическую обработку припуски (табл. 3.11 и 3.12). Допуски на размеры отливок из чугуна и стали можно выбирать по 2-му классу точности по ГОСТ 1855-55 и ГОСТ 2009-55. Допускаемые отклонения размеров отливок из цветных сплавов устанавливают по нормали НО.010.006, припуск на механическую обработку — по РТМ 516-64.

Преимущества и недостатки процесса являются комплексом взаимосвязанных факторов, от которых зависит решение конкретных конструкторских задач при проектировании детали для литья под давлением. При разработке чертежа готовой детали необходимо учитывать все технологические требования, предъявляемые к литым деталям, а также те специфические требования, которые следует внести в чертеж детали при изготовлении ее литьем под давлением.

Наружные контуры отливок при литье под давлением весьма разнообразны и сложны, однако для уменьшения коробления детали следует избегать чрезмерного увеличения одного размера в сравнении с двумя другими.

 

Припуски на механическую обработку и допуски на размеры кокильных отливок из черных металлов

Наибольший размер отливки, мм

Припуск, мм, на одну сторону поверхности

Наибольшие допускаемые отклонения, мм, на размеры рабочих поверхностей отливок

нижней или наружной боковой

внутренней боковой

верхней

механически обрабатываемых

литых

До 20

0,7

0,8

1,0

±0,3

±0,5

21-40

1,0

1,2

1,5

±0,4

±0,6

41-60

1,2

1,4

1,7

±0,5

±0,8

61-100

1,4

1,6

2,0

±1,0

101-160

1,6

1,8

2,2

±0,6

161-250

2,0

2,2

2,5

±0,8

±1,2

251-400

2,2

2,4

2,7

±1,0

401-600

2,6

2,8

3,0

±1,4

601-1000

3,0

3,2

3,5

±1,2

1001-1600

3,2

3,4

4,0

+1,5

При конструировании выступающих элементов или отверстий, расположенных на одной оси, но оформляемых в неподвижной и подвижной частях пресс-формы, необходимо учитывать отклонение от соосности (эксцентриситет) до 0,1-0,15 мм.

Стенки отливки следует предусматривать возможно одинаковой толщины в целях устранения термических узлов, в которых образуются воздушная, усадочная пористости или раковины. Оптимальная толщина стенки 4-5 мм; у отливок с толщиной стенок более 6-8 мм появляются усадочная рыхлость, газовые раковины и пористость из-за попадания газов и воздуха в металл при заливке. Тонкостенные же отливки имеют по всему сечению мелкозернистую структуру и более высокую прочность.

Стенки в деталях следует предусматривать минимальной толщины, а в случаях недостатка жесткости или прочности — укреплять стенки ребрами жесткости. Толщина ребер жесткости должна составлять 0,8-0,9 толщины стенки. Примеры конструктивных решений при проектировании отливок даны на рис. 3.17. В табл. 3.13 представлены значения рекомендуемых толщин стенок отливок, получаемых из некоторых сплавов.

Припуски на механическую обработку кокильных отливок

из алюминиевых сплавов

Длина отливки, мм

Ширина (диаметр), мм

Припуски, мм, на одну сторону поверхности

нижней или наружной боковой

внутренней боковой

верхней

До 20

До ю

0,7

0,8

1,0

11-20

0,8

0,9

1,2

21-30

До 15

0,9

1,0

1,3

16-30

1,0

1,2

1,5

31-40

До 20

21-40

1,1

1,3

1,6

41-60

До 20

1,2

1,4

1,8

21-60

1,4

1,6

2,1

61-80

До 30

31-80

1,5

1,8

2,2

81-100

До 50

51-100

1,8

2,1

2,7

101-150

До 51

1,9

2,2

2,8

151-200

До 100

2,0

2,4

3,0

101-200

2,3

2,7

3,4

201-300

До 150

2,5

3,0

3,7

301-400

151-300

2,8

3,3

4,2

При сочетании толстых и тонких стенок необходимо обеспечить плавные переходы, причем соотношение толщин стенок на этих участках не должно превышать 1:2,5. Стенки и ребра жесткости, расположенные в плоскости, перпендикулярной к плоскости разъема формы, должны иметь конусность для облегчения извлечения отливки из формы. Для стенок и ребер жесткости, располагающихся в плоскости, параллельной плоскости разъема, конусность не назначается. Конструктивный уклон выбирают в зависимости от марки материала, высоты и толщины стенки (табл. 3.14).

 Технологические требования к конструкции литых деталей

 

Минимальные толщины стенок в литых деталях (мм), получаемых литьем под давлением

Площадь поверхности отливки, см2

Сплавы

цинковые

магниевые

алюминиевые

медные

стали

До 25

0,8

1,3

1,0

1,5

Св. 25 до 100

1,0

1,8

1,5

2,0

3,0

Св. 100 до 225

1,5

2,5

2,0

3,0

Св. 225 до 400

2,0

3,0

2,5

3,5

Св. 400 до 1000

4,0

4,0

Следует отметить, что для сплавов, характеризуемых большой усадкой, значения литейных уклонов, представленные в табл. 3.14, должны быть увеличены.

Учитывая, что детали, полученные литьем под давлением, не требуют механической обработки, конструктор при разработке чертежа готовой детали должен учесть, что пресс- форма имеет основную плоскость разъема между подвижной и неподвижной частями. В результате возможного неполного смыкания этих частей образуется зазор, куда в момент

заполнения формы попадает расплавленный металл и где могут образоваться заливы. Это обстоятельство приводит к искажению размеров отливки.

Таблица 3.14

Конструктивные уклоны для отливок из некоторых сплавов

Сплавы

Конструктивные уклоны, % от высоты стенки для поверхности

наружной

внутренней

Цинковые

0,3-0,5

0,5-1,0

Алюминиевые

0,5-1,0

1,0-1,5

Медные и магниевые

1,0-2,0

Допускаемые отклонения на размеры отливок из цветных сплавов назначают по межведомственной нормали Н0.010.006. Значения полей допусков указаны в табл. 3.15, однако, как известно, смещение подвижных частей в плоскости формы уменьшает точность размеров отливки, что приводит к увеличению поля допуска. Припуски на механическую обработку (табл. 3.16) назначаются по РТМ 516-64.

 

 

 

Поля допусков размеров отливок

Сплавы

Поле допуска на размер до 25 мм

Увеличение поля допуска на 1 мм увеличения размера, мм

Приращение поля допуска при площади проекции отливки на плоскость разъема, см2

Св. 25 до 500

Св. 500

До 150

Св. 150 до 300

Св. 300 до 600

Св. 600 до 1200

Цинковые

0,10

0,002

0,002

0,15

0,20

0,30

0,40

Алюминиевые и магниевые

0,15

0,0025

0,20

0,25

0,40

0,60

Медные

0,25

0,006

0,004

0,35

Отверстия в отливках могут быть получены без последующей механической обработки, если они соответствуют размерам, приведенным в табл. 3.17.

Элементы резьбового соединения с наружной и внутренней резьбой могут быть выполнены непосредственно при литье. Получение литьем наружной резьбы в большинстве случаев не вызывает особых сложностей, в то время как получение внутренней резьбы сопряжено с большими трудностями из-за обжатия резьбового стержня сплавом и невозможности оформления резьбы вставками. Поэтому целесообразно изготовление деталей с внутренней резьбой только из сплавов с небольшой усадкой, например цинковых. Технически возможные размеры резьбы указаны в табл. 3.18.

Таблица 3.16

Припуски на механическую обработку наружных поверхностей отливок

из цветных сплавов, мм

Наибольший габаритный размер, мм

Припуски при номинальном размере, мм

До 50

Св. 50 до 120

Св. 120 до 260

Св. 260 до 500

До 50

0,3

Св. 50 до 120

0,4

0,5

Св. 120 до 260

0,5

0,7

0,8

Св. 260 до 500

0,7

0,8

1,0

1,0

Предельные размеры отверстий, получаемых при литье под давлением, мм

Сплавы

Минимальный диаметр, мм

Максимальная глубина отверстия, мм, выраженная в диаметрах

Конусность отверстия, % от длины

глухого

сквозного

Цинковые

1,0

6,0

12

0,2-0,5

Магниевые

1,5

5,0

10

0,3-0,5

Алюминиевые

3,0

6

0,5-1,0

Медные

2,6

4

0,8-1,5

Таблица 3.18 Параметры резьбы, получаемой в отливках

Сплавы

Минимальный шаг резьбы, мм

Минимальный диаметр резьбы, мм

внутренней

наружной

наружной

внутренней

Цинковые

0,7

1,0

4,0

10,0

Магниевые, алюминиевые

1,0

2,0

6,0

25,0

Медные

8,0

Примером получения резьбовых отливок могут служить крепежные детали из цинкового сплава: барашковые и колпачковые гайки, барашковые винты и т. п. Одним из основных преимуществ способа литья под давлением является возможность получения армированных отливок. Использование арматуры позволяет решить множество конструкторских задач. К их числу относятся:

•     получение отливок с местным увеличением прочности детали;

•     придание отдельным элементам отливки особых физико-технических свойств (износоустойчивости, электро-, теплопроводности, электромагнитных свойств и т. п.);

•     конструирование узлов, состоящих из различных материалов;

•     экономия дефицитных материалов;

•     формообразование сложных, внутренних полостей, системы разветвленных, изогнутых каналов и т. д.

 

Арматура и отливка могут соединяться за счет сжимающих напряжений, возникающих в отливке при ее охлаждении и усадке, а также за счет диффузионных процессов (на стыке арматура — отливка). Конструкция арматуры и ее расположение в отливке должны исключать возможность смещения арматуры под действием струи металла при заливке формы.

Технологичность литых деталей, получаемых способом центробежного литья, зависит от типа формы. Если это постоянная металлическая форма, то необходимо соблюдать все требования, которые предъявляются к отливкам, получаемым литьем в кокиль. Если это разовая форма, то требования к конструкции детали определяются возможностями литья в песчано-глинистые или керамические формы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *