Проектирование строительных и дорожных машин

конфигурация и крепление стержней не должны препятствовать сборке формы.

Устранение подрезок. Для свободного извлечения модели из формы нужно, чтобы на поверхности модели не было подрезок – выступов или углублений, расположенных перпендикулярно или наклонно к направлению выемки, которые при извлечении модели срезают отформованные участки.

На рис. 8.2, а показана схема подрезки. Деталь имеет наклонные ребра. При извлечении модели (направление извлечения показано штриховкой, перпендикулярной к плоскости А–А разъема формы) ребра срезают участки формы, зачерненные на рисунке. Для устранения подрезки можно выполнить части модели, мешающие выемке, отъемными или выдвижными. Перед извлечением модели эти части отнимают или убирают внутрь модели, после чего модель выходит из формы. По другому способу модель изготовляют с заполнением подрезаемых участков; такая модель дает форму, изображенную на виде б. Требуемую конфигурацию получают установкой в форме закладных стержней после извлечения модели (вид в).

Рис. 8.2. Подрезки и способы их устранения

Все эти способы усложняют и удорожают формовку. Целесообразнее придать детали конфигурацию, исключающую подрезку. При расположении ребер параллельно направлению извлечения (вид г) модель беспрепятственно выходит из формы.

При конструировании отливки необходимо иметь ясное представление о расположении плоскости разъема и о положении детали в форме при заливке. Как правило, детали отливают ответственными поверхностями вниз, т. к. металл в нижних частях отливки получается более плотным и качественным, чем в верхних. Установив плоскость разъема, необходимо последовательно просмотреть все элементы конструкции и устранить подрезки.

160

В табл. 8.1 приведены примеры подрезок в типовых машиностроительных деталях и способы их устранения.

Таблица 8.1

Изменение конфигурации детали

Патрубок

Расположение осей фланцев под углом 90°

Трубчатая деталь

Изменение конфигурации бобышки

Корпус

Расширение внутренней полости корпуса

Корпус

Продление бобышек до днища корпуса

161

Продолжение табл. 8.1

Устранение фланца путем перехода с болтового крепления на крепление шпильками

Корпус

Продление бобышек до потолка корпуса

Крыльчатка вентилятора

Устранение перекрытия лопастей

Спицы маховика

Поворот двутаврового сечения спицы на 90°

Бобышки

Слияние бобышек

162

Продолжение табл. 8.1

Корпусная деталь с наружными бобышками и платиками

Продление бобышек до плоскости разъема

Изменение расположения бобышек

Корпусная деталь

Деталь изготовлена без нижнего фланца

Корпусные детали с косыми и вафельными ребрами

Переход на прямые ребра

Разъем форм. Следует избегать разъема форм по наклонным и ступенчатым плоскостям, осложняющего изготовление форм.

Для формовки рычага со смещенными плечами (рис. 8.3, а) требуется ступенчатый разъем. Формовка упрощается при расположении плеч в одной плоскости (вид б).

163

Формовку криволинейного патрубка (рис. 8.4, а) можно упростить, выпрямив ось патрубка при незначительном изменении расположения привязочных точек патрубка (вид б), а при необходимости и с сохранением его (вид в).

Рис. 8.3. Устранение ступенчатого разъема формы

Рис. 8.4. Упрощение формовки криволинейных патрубков

Для удешевления производства и повышения точности отливки следует всеми способами упрощать форму отливок. Контуры деталей и внутренних полостей рекомендуется образовывать простейшими линиями – прямыми, дугами окружности и т. д. Крупные и сложные литые детали целесообразно разделять на части.

8.3. Отливки, формуемые без применения стержней

Открытые отливки целесообразно формовать по моделям без применения стержней. В этом случае модели придают конфигурацию, точно соответствующую форме изделия. Непременное условие применения этого способа состоит в том, чтобы на внутренней поверхности детали не было подрезок.

164

На рис. 8.5 приведены примеры перевода типовых деталей на бесстержневую формовку.

Рис. 8.5. Стержневая и бесстержневая формовка:

а, б – крышка; в, г – кронштейн; д, е – рычаг; ж, з – корпус; и, к – переходник; л, м – ротор; н, о – корпус подшипника

Требования упрощения и удешевления производства не всегда совпадают с требованиями прочности и жесткости детали и удобства эксплуатации.

8.4. Стержни

При конструировании внутренних полостей следует придавать стержню конфигурацию, обеспечивающую свободное его извлечение из стержневого ящика.

Конфигурация внутренних полостей должна допускать свободную установку стержней в форме. При конструировании внутренних полостей следует обеспечивать выход газов, выделяющихся из стержней при заливке металла.

Тонкие стержни для увеличения прочности обычно армируют проволочным каркасом. Необходимость извлечения каркаса при уда-

165

лении стержня ограничивает минимальное сечение стержня и требует продуманного расположения окон.

Толщина стержня, армированного проволокой, для отливок небольшого и среднего размеров должна быть не меньше 6–8 мм.

Вместных перемычках допустимо утоньшение стержня до 5 мм. При конструировании деталей с несколькими стержнями при-

мерно одинаковой конфигурации рекомендуется унифицировать стержни, добиваясь сокращения их номенклатуры.

Вотливках с открытыми нижними полостями стержни устанавливают основанием в нижней опоке. Стержни, формирующие верхние полости, подвешивают в верхней опоке за обратный конус или

спомощью проволоки, укрепляемой на брусе, опирающемся на верхнюю опоку. Целесообразнее опирать верхний стержень на нижний через окно в горизонтальной стенке отливки (вид г).

Взакрытых полостях стержни крепят на знаках, представляющих собой отформованные заодно со стержнем выступы, устанавливаемые в гнездах, образованных в форме соответствующими выступами на модели. Знаки выполняют цилиндрическими или коническими. Последние обеспечивают более точную установку стержня в поперечном направлении, но осевая фиксация получается менее определенной, чем при цилиндрических знаках, упирающихся в гнезда формы торцами.

Обычно для крепления знаков используют имеющиеся на детали отверстия. В отливках с замкнутыми внутренними полостями стержни крепят с помощью специальных знаков, выводимых через отверстия в стенках отливки. В готовом изделии отверстия могут оставаться открытыми, если это допустимо по функциональному назначению детали. Отверстия, портящие внешний вид детали, а также отверстия полостей, которые должны быть герметичны, заглушают.

Для повышения устойчивости крепления и облегчения выбивки стержней отверстиям под знаки следует придавать максимальные размеры, допустимые без существенного ослабления детали и без ущерба для ее внешнего вида.

Расположение знака должно обеспечивать устойчивую и по возможности точную установку стержня во всех трех измерениях. Крепление должно быть достаточно прочным для того, чтобы выдержать вес стержня, а при заливке противостоять динамическому действию потока металла и гидростатических сил, вызывающих всплывание

166

стержня вследствие различия удельных весов жидкого металла и материала стержня. На практике наибольшее значение имеет гидростатическая сила.

Для предотвращения всплывания необходимо располагать знаки с упором в верхнюю часть формы. Недопустимо консольное крепление стержней с большим вылетом консоли относительно точки крепления, т. к. гидростатические силы вызывают выворачивание стержня из гнезда.

8.5. Формовочные уклоны

Для облегчения выемки модели из формы поверхностям, перпендикулярным к плоскости разъема, придают формовочные (литейные) уклоны.

В табл. 8.2 приведены стандартные уклоны в зависимости от высоты h поверхности над плоскостью разъема и соответствующее поперечное смещение крайних точек поверхности h tg .

Таблица 8.2

Величину стандартных уклонов на чертежах не проставляют, и детали вычерчивают без уклонов. Однако уклоны следует учитывать, особенно при конструировании деталей, имеющих большую высоту (в направлении, перпендикулярном к плоскости разъема).

На чертежах крупногабаритных отливок целесообразно указывать уклон или предпочтительнее предусматривать конструктивные уклоны, превышающие формовочные уклоны. Придерживаться стандартных конструктивных уклонов необязательно.

167

8.6. Усадка

Усадкой называют сокращение размеров отливки при остывании. Усадка является одним из основных показателей литейных качеств материала и наряду с другими свойствами (жидкотекучесть, теплоемкость, теплопроводность, окисляемость, склонность к образованию ликватов) определяет пригодность металла к литью. Чем меньше усадка, тем больше точность размеров отливки и тем меньше опасность появления усадочных напряжений, раковин, трещин и коробления отливки.

Фактическая усадка зависит от сопротивления, оказываемого внутренними частями формы сокращению размеров отливки. При жестких стержнях усадка может уменьшиться на 30–50 % по сравнению со свободной усадкой, но при этом в стенках отливки возникают повышенные усадочные напряжения.

Усадку учитывают корректировкой размеров формы.

8.7. Внутренние напряжения

Внутренние напряжения возникают в стенках отливки, усадка которых тормозится сопротивлением элементов формы или действием смежных стенок. Усадочные раковины и пористость появляются в частях отливки, застывающих в последнюю очередь, – в утолщениях и массивах, теплоотвод от которых затруднен.

Повышенные внутренние напряжения вызывают коробление отливки и могут привести к образованию трещин.

Со временем внутренние напряжения перераспределяются и частично рассеиваются в результате медленно протекающих диффузионных процессов (естественное старение). Через длительный промежуток времени (2–3 года) деталь меняет первоначальную форму, что недопустимо для точных машин (например, металлорежущих станков).

Первопричиной усадочных напряжений является различие температур стенок. На этом основан способ одновременного затвердевания. Обеспечивая равномерное остывание отливки, при котором температура стенок в каждый данный момент одинакова, можно получить отливку, свободную от усадочных напряжений.

168

8.8. Одновременное затвердевание

При проектировании отливок по принципу одновременного затвердевания нужно придерживаться следующих правил:

стенки отливки должны иметь по возможности равномерную толщину;

элементам отливки, остывающим в условиях пониженной теплоотдачи (внутренние стенки), следует для ускорения затвердевания уменьшать сечения;

переходы между стенками различной толщины должны быть плавными;

стенки отливки не должны иметь резких переходов, при изменении направления стенки должны быть соединены плавными переходами;

нужно избегать местных скоплений металла и массивов;

участки соединения стенок с массивами целесообразно выполнять с пологим утолщением по направлению к массивам или усиливать ребрами.

Целесообразно увеличивать податливость отливки в направлении усадочных деформаций путем придания стенкам сводчатых форм, введения тепловых буферов и др.

Технологически равномерность остывания обеспечивают активным управлением скоростью охлаждения. Массивные отливки, а также участки с ухудшенным теплоотводом охлаждают с помощью металлических холодильников, вставок из теплопроводных формовочных составов (смеси с хромистым железняком, магнезитом и др.).

Образование усадочных раковин и пористости в массивных участках предупреждают питанием поздно застывающих узлов жидким металлом (установка питающих бобышек, дополнительных литников и выпоров, введение прибылей).

Торможение усадки внутренними элементами формы устраняют, применяя податливые формовочные смеси, пористые, ячеистые и полые стержни.

Остаточные напряжения устраняют стабилизирующей термической обработкой. Чугунные отливки подвергают искусственному старению (выдержка 5–6 ч при 500–550 °С с последующим медленным охлаждением в печи). Перед старением производят обдирку

169