Соотношение размеров краев стенок отливок

Эскиз	, мм	, мм	, мм
	До 16 Св. 16 до 25 Св. 25 до 36 Св. 36	0,5 0,6 0,7 0,8	1,0 1,5 1,8 2,0

Очень важно при конструировании литой детали осуществить пра­вильное сопряжение стенок отливки. Практикой литейного производ­ства установлены следующие типы сопряжения стенок: угловое, тав­ровое, V-, вилко-, -, Х-, крестообразное [I, табл. 2.2б].

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 сопряжений отдельных деталей могут быть серьезные аварии в процессе эксплуатации изделий. Для литых дета­лей оптимальный радиус закруглений, обоспечиракжиН получение наи­более качественного металла, в основном санисит от толщины сте­нок отливки [I, рис. 2.9]. При этом необходимо соблюдать следую­щие требования.

Закругления производятся из одного центра [I, рис. 2.10а] как для внутреннего, так и для наружного радиусов, если сопряга­ются стенки одной толщины. Внутренние радиусы при сопряжении сте­нок разной толщины [I, рис. 2.10б] определяются значениями, при­веденными в [I, табл. 2.27].

Для отливок из серого чугуна рекомендуются такие радиусы за­круглений, мм: I, 2, 3, 5, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, при этом радиусы выбираются в пределах 1/5-1/3 среднего арифметиче­ского от толщины сопрягаемых стенок.

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 (коробления), 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 должны соблюдаться следующие правила.

Поперечным сечениям литых деталей придается по возможности форма, обеспечивающая свободную усадку. Для исключе­ния коробления литые детали конструируются со стенками, незна­чительно отличающимися 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 удаляются при механической обработке).

Выполнение изложенных правил является обязательным при кон­струировании литых деталей. Однако каждый специальный способ ли­тья имеет свои особенности, которые также важно учитывать. По­этому при переходе с литья а 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, которые могут заключаться в кор­ректировке толщины стенок, а также в снижении (если это допусти­мо) шероховатости и точности размеров ряда поверхностей с целью получения последних без последующей механической обработки, вве­дении ребер жесткости, использовании стенок коробчатого или тав­рового сечения и т.д. Ниже рассмотрены технологические особеннос­ти основных видов литья, области их применения, возможности и экономическая целесообразность использования этих способов.

Литье в песчано-глинистые форм ы экономически целесообразно при любом характере производст­ва, для деталей любой массы и конфигурации, любых габаритов, для получения отливок практически из всех литейных сплавов. Изменяя способ формовки, используя различные материалы моделей и составы формовочных смесей, можем получить отливки с достаточно точными размерами, чистой поверхностью, не требующие последующей механической обработки по отдельным поверхностям. Большое влияние на ка­чество отливок оказывают также характер и культура производства. С увеличением серийности производства целесообразным является ис­пользование более точных, но дорогих моделей и формовочных смесей, применение машинной формовки. Этим достигаются уменьшение массы заготовок, повышение коэффициента весовой точности, снижение после­дующей механической обработки. В общем случае литьем в песчано-глинистые формы можно получать отливки с шероховатостью поверхности = 320-40 мкм и с точностью, соответствующей 14-17-му квалитетам и грубее. Однако если ферма изготовлена из обычной песчано-глинистой смеси, то шероховатость поверхности отливки превышает = 320-160.мкм, если из песчано-масляной – 320-60 мкм, если из хромо-магнезитовых – = 80-20 мкм.

При единичном и мелкосерийном производствах модельные комп­лекты, т.е. модели и стержневые ящики, изготавливаются деревянны­ми; в крупносерийном и массовом производствах используют в основ­ном металлические (или пластмассовые) модельные комплекты. Метал­лические модели имеют более высокие точность и чистоту поверхнос­ти, что дает возможность примерно на 10 % снизить припуски на ме­ханическую обработку. Литейные уклоны деревянных моделей составля­ют 1-3°, металлических при ручной формовке – 1-2°, при машинной – 0,5-1°, это позволяет на 10-12 % повысить коэффициент весовой точности. Кроме того, за счет применения металлических моделей и машинной формовки можно получить точность отливок по 14-17-му квалитетам, в то время как при серийном характере производства точ­ность отливок находится в пределах 15-17, а при единичном – 16-17-го квалитетов. При конструировании литых деталей большая часть по­верхности остается "черной", т.е. не требует последующей механиче­ской обработки. Однако конструктор обязан указать допускаемые от­клонения размеров на эти поверхности, согласовав их с технологом- литейщиком и технологом по механической обработке.

При литье в песчано-глинистые формы 15-25 % массы отливки превращается в стружку при механической обработке, на что расходу­ется около 25 % вырабатываемой электрической энергии. Переход к специальным способам литья дает возможность снизить припуски на механическую обработку и количество стружки до 5-7 %. Экономичность повышается с увеличением партии отливок, т.е. с переходом от серий­ного производства к массовому. Преимущество специальных видов литья состоит не только в снижении объема механической обработки, но и в уменьшении массы литниковой системы и резком снижении рас­хода формовочных материалов. Технологический процесс изготовления отливок этими способами легко поддается механизации и автоматиза­ции, что повышает производительность труда, улучшает качество от­ливок, снижает их себестоимость.

Л и т ь е в о б о л о ч к о в ы е ф о р м ы - прог­рессивный способ получения отливок с повышенными чистотой поверх­ности и точностью размеров. При данном способе литья формы изго­тавливаются по горячим металлическим моделям, формовочная смесь содержит огнеупорный материал (например кварцевый песок) и орга­нические связующие - термореактивные смолы (например пульвербакелит - 3-9 % от массы песка). Оболочковая форма состоит из двух полуформ с горизонтальной или вертикальной плоскостью разъема и стержней. После затвердевания отливки оболочковая форма легко раз­рушается.

Наиболее рационально применение литья в оболочковые формы при массовом и крупносерийном производствах. Минимальная серийность деталей, переводимых на литье в оболочковые формы, обычно принима­ется не менее 200 отливок в год.

Эффективность способа литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы определяется следующими преиму­ществами:

значительная экономия металла (до 30-50 %);

отливки имеют чистую поверхность и повышенную точность разме­ров, последнее позволяет назначать припуски на механическую обра­ботку, примерно в два раза меньше, чем при литье в песчаные фор­мы; среднее отклонение размеров отливок в оболочковые формы - 0,3-0,7 мм на 100 мм габаритного размера, для мелких отливок – до 0,2 мм;

уменьшается расход формовочных материалов в 10-20 раз;

оболочковые формы негигроскопичны, имеют высокую прочность, их можно хранить длительное время;

применение оболочковых форм увеличивает выход годного литья за счет снижения брака в 1,5-2 раза;

при выбивке формы оболочка легко разрушается, что уменьшает затраты труда на обрубку и очистку отливок в среднем не 50 %,

Способ литья в оболочковые формы не лишен и недостатков, к которым относятся:

утраты точности формы в разъеме при изготовлении тяжелых и крупногабаритных отливок;

работа с горячей модельной оснасткой вызывает необходимость использования только металлической модели;

высокая стоимость оснастки, оборудования и материалов, в частности стоимость пульвербакелита - 600-700 р./т.

В связи с этим стоимость отливок, полученных литьем в оболоч­ковые формы, несколько выше, чем отливок, полученных литьем в песчано-глинистые формы.

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. Конструктору вместе с технологом-литейщиком необходимо производить отработку конструкции детали, чтобы учесть особенности технологического процесса этого способа литья.

Конструкция детали должна удовлетворять следующим основным требованиям.

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

2. Не рекомендуется переводить на литье в оболочковые формы глубокие коробчатые конструкции, так как при обычных призмах фор­мовки из-за высокой текучести песчано-смоляных смесей форм 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 процесс изготов­ления оболочек и снижает производительность труда. В массивных частях литых деталей требуется 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 плавные переходы, оформляемые радиусом или галтелью. В зависимости от тол­щины стенок и вида заливаемого металлы радиусы округлений назнача­ют равными 1, 2, 5, 8 или 10 мм. Для стальных отливок радиусы округлений 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 размерами в пределах 0,5-5°.

7. При толщине стенок 10-12 мм можно выполнять отверстия .диа­метром до 6 мм, при большей толщине стенок отверстия малого диа­метра выполнять нецелесообразно.

Л и т ь е п о в ы п л а в л я е м ы м м о д е л я м - прогрессивный способ получения точных и сложных по форме отливок из любых литейных сплавов. Литейная форма для этого способа литья представляет собой неразъемную тонкостенную, прочную, негазотворную, высокоогнеупорную с гладкой рабочей поверхностно оболочку. Ее изготавливают из мелкозернистых формовочных материалов по разо­вым (выплавляемым, растворимым или выжигаемым) моделям. Технологи­ческий процесс получения глинок по выплавляемым моделям в сравне­нии с другими способами литья имеет следующие особенности:

1. Модель отливки не имеет разъема и знаковых частей, ее кон­туры полностью повторяют форму детали; служит для изготовления только одной литейной формы (при этом модель уничтожается).

2. Керамическая оболочка толщиной 2-8 мм не имеет поверхнос­ти разъема. Поверхность формы гладкая, с малой шероховатостью и требуемей точностью размеров.

3. Форма после прокаливания не содержит газотворных состав­ляющих, что исключает образование газовых раковин в отливках.

4. Металл заливается в горячие формы, в результате чего со­здаются благоприятные условия для заполнения формы и питания от­ливки. Это позволяет получать тонкостенные отливки массой в не­сколько граммов.

К недостаткам литья по выплавляемым моделям относятся следую­щие:

повышенная температура заливки и применение предварительно нагретых форм снижают механические свойства и способствуют образованию более глубокого обезуглероженного слоя на поверхности от­ливок;

у отливок из титановых сплавов наблюдается повышенная твер­дость поверхностного альфированного слоя толщиной 0,2-2 мм;

литье по выплавляемым моделям является наиболее длительным и трудоемким технологическим процессом среди всех способов литья.

Экономичность способа определяется правильно выбранной но­менклатурой отливок. Данный способ наиболее рентабелен:

при крупносерийном и массовом производствах мелких, но слож­ных и ответственных деталей, с высокими требованиями к точности размеров и чистоте поверхности; особенно эффективно применение литья по выплавляемым моделям, если требования по чистоте поверх­ности и точности размеров литых деталей могут быть обнснечены в литом состоянии без последующей механической обработки или если необходима механическая обработка только сопрягаемых поверхнос­тей;

для деталей сложной конфигурации которые нельзя изготовить как одно целое никакими иными способами;

при изготовлении отливок со сложными внутренними очертания­ми, когда достигается снижения себестоимости отливки за счет эко­номии металла;

для деталей, изготавливаемых из метилов и сплавов, которые не поддаются обработке давлением, и сплавов с низкими литейными свойствами.

Не рекомендуется применять литье по оплавляемым моделям в случаях, если на детали указаны более жесткие допуски, чем можно получить при литье, или если требования, предъявляемые к детали, могут быть обеспечены каким-либо иным, менее дорогостоящим способом. Экономическую целесообразность изготовления деталей методом литья по выплавляемым моделям необходимо устанавливать в каждом конкретном случае, сравнивая себестоимость литой детали с себестоимостью изготовления детали механической обработкой или другим способом литья.

Технико-экономическая эффективность технологического про­цесса зависит в основном от масштаба производства, степени меха­низации производственного процесса, сложности отливок, стоимости металла, используемого для их изготовления. Себестоимость тонны отливок, получаемых литьем по выплавляемым моделям, в среднем колеблется в пределах 900-1500 р., поэтому при сопоставитель­ных экономических расчетах рекомендуется пользоваться действующими на этот вид заготовок оптовыми ценами. Чем больше масса отлив­ки и чем больше число отливок в серии, тем ниже их себестоимость. При повышении серийности производства до первой группы осуществ­ляют скидку с оптовых цен в размере 3-16 %, а при снижении серий­ности до третьей группы - доплату в таком же размере. Большие зна­чения скидок и доплат относятся к отливкам меньшей массы. Так как литье по выплавляемым моделям является одним из наиболее точных способов получения заготовок, то чем сложнее конфигурация отливок, тем меньше серийность их изготовления, при которой достигается экономический эффект от применения данного технологического про­цесса.

Для изготовления отливок по выплавляемым моделям могут ис­пользоваться любые литейные сплавы - стали, чугуны, цветные, жа­ропрочные и др. Этот способ позволяет получать отливки массой от нескольких граммов до 100 кг, однако оптимальная масса отливок на­ходится и пределах 0,2-12 кг. Точность размеров и параметры шероховатости поверхности отливок колеблются в довольно больших пре­делах и зависят от условий изготовления отливок, их массы, слож­ности, габаритных размерен и толщины стенок. В общем случае рас­сматриваемый способ получения отливок обеспечивает точность до 15-го квалитета, параметр шероховатости поверхности = 10 мкм.

При конструировании деталей, получение которых предполагает­ся осуществлять путем литья по выплавляемым моделям, необходимо соблюдать следующие требования.

1. Минимально возможная толщина стенки отливки для большинст­ва сплавов должна составлять 1,5-2 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 должна достигать 6 мм, так как при большей толщине и недостаточ­ном питании отливки жидким металлом могут проявиться усадочные и газовые раковины и пористость.

2. Следует избегать местных утолщений и резких переходов от толстого сечения к тонкому. Отношение толщин сопряженных станок 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).

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 отливки.

4. Как показывает практика литья по выплавляемым моделям, качество резьбы, изготовленной в отливках, хуже, чем при механи­ческой обработке. Получение резьбы литьем целесообразно только при изготовлении отливок из труднообрабатываемых сплавов.

5. Сопряжение стенок следует оформлять по радиусам или гал­телью.

6. Формовочные уклоны необходимо устанавливать в соответст­вии с ГОСТ 3212-80.

7. Полости в отливках должны иметь выходные отверстия, не­обходимые для получения качественной оболочки (рис. 2). В полос­ти детали (рис. 2а) может образоваться воздушная подушка под оболочкой во время опускания модели в обмазку. В конструкции, приведенной на рис. 2б, внутренняя оболочка получается более ка­чественной и устойчивой.

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

9. 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.

Рис. 2. Формирование полостей в отливках при литье по выплавляемым моделям

Экономическую целесообразность изготовления деталей литьем по выплавляемым моделям необходимо устанавливать в каждом конкретном случае путем сравнения себестоимости детали, полученной этим способом, с себестоимостью деталей, полученных механической об­работкой, штамповкой или литьем иным способом. Использование де талей, изготовленных литьем по выплавляемым моделям, вместо штам­пованных позволяет снизить расход металла на 55-75 %, трудоемкость механической обработки на 50-60 % и себестоимость деталей на 20 %.

Л и т ь е в м е т а л л и ч е с к и е ф о р м ы (ко­киль) – один из прогрессивных способов получения отливок из чугу­на, стали и цветных сплавов массой от нескольких граммов до де­сятков тонн.

Сущность процесса заключается в многократном применении металлической формы, имеющей гораздо более высокую стойкость, чем обычная песчано-глинистая. Полости в отливке выполняют при помо­щи металлических или песчаных стержней, которых извлекают из от­ливки после ее затвердения и охлаждения до заданной температуры. Экономическая целесообразность литья в металлические формы во многом зависит от стойкости форм, их долговечности и стоимости.

Стойкость кокилей, определяемая рядом технологических факто­ров, таких как температура заливки металла, материал кокиля, размеры, масса и конфигурация отливки, позволяет установить рента­бельность применения данного способа литья.

В металлических формах целесообразно изготавливать следующие отливки:

массивные, необрабатываемые, с повышенными требованиями к герметичности;

чугунные с отбеленной поверхностью, с повышенными герметич­ностью и плотностью, простой конфигурации;

из высокопрочного чугуна с толщиной стенок не менее 8-10 мм, особенно те, которые могут заменить поковки;

стальные простой конфигурации со стенками толщиной более 8-10 мм;

алюминиевые со стенками толщиной более 2,5 мм;

из кремнистой латуни со стенками толщиной более 3,5-6,5 мм и габаритными размерами 600x700 мм.

По сравнению с литьем в песчано-глинистыз формы литье я ме­таллические формы обладает рядом технических и технологических преимуществ:

многократное использование форм;

повышение точности размера отливок, уменьшение шероховатости поверхности, что позволяет снизить припуск на механическую обра­ботку в 2-3 раза, а иногда и полностью ее устранить.

Вместе с тем изготовление отливок в металлические формы име­ет и свои сложности:

трудность получения отливок с поднутрениями, для выполнения которых необходимо применять стержни и вставки;

снижение жидкотекучести сплавов, приводящее к усложнению процесса получения тонкостенных, большой протяженности отливок;

неподатливая, газонепроницаемая форма вызывает появление в отливках литейных дефектов (коробления, трещин, газовой пористос­ти);

высокая стоимость литейных форм, сложность и длительность их изготовления.

Л и т ь е п о д д а в л е н и е м по технологическим и экономическим показателям занимает ведущее место среди способов получения отливок, так как при наибольшем приближении формы и размеров отливки к готовой детали, высокой точности и чистоте по­верхности этот способ обеспечивает и наиболее высокий уровень производительности труда, возможность полной автоматизации техно­логического процесса.

Применение черных металлов - стали и чугуна - для литья под давлением ограничено, так как при этом наблюдается очень низкая стоимость литейных форм.

Основные преимущества литья под давлением по сравнению с ли­тьем в песчано-глинистые формы следующие:

многократное использование литейных форм;

полное исключение формовочных и стержневых смесей;

высокая точность размеров и чистота поверхности, практически не требующих механической обработки;

возможность получения отливок с малой толщиной стенок (менее 1 мм) большой протяженности;

полное исключение трудоемких операций формовки, сборки и выбивки форм;

возможность комплексной автоматизации производственного про­цесса .

К недостаткам способа литья под давлением относятся:

высокая стоимость пресс-форм, сложность и длительность их изготовления;

невысокая стойкость пресс-форм, особенно при литье сплавов с высокой температурой плавления (сталь, чугун, медные сплавы); по­этому необходимо оценивать экономичность применения этого способа с учетом стойкости пресс-форм (табл. 3);

трудность выполнения отливок со сложными полостями и поднут­рениями.

Таблица 3