Урок 27,28. Расчет литой заготовки. Разработка чертежа отливки.

РОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИВОДСТВО ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ 1.1. Общие сведения о литейном производстве

Отливки получают в разовых песчаных, металлических и в оболочковых формах, литьем под давлением, по выплавляемым моделям и другими способами. Наиболее широко используют литье в песчаные формы, возможности которого и рассматриваются в данном пособии.

Работоспособность литой детали, величина затрат на производство заготовок зависят во многом от того, насколько полно учтены все особенности и технологические возможности выбранного способа литья. Поэтому конструктор должен знать основы технологии литейного производства и уметь проектировать не только работоспособные, но и высокотехнологичные изделия.

Процесс изготовления литейных форм, особенности всех способов литья рассматриваются в лекционном курсе и учебной литературе [7].

1.2.Литейные материалы и их свойства

Выбор сплава - - важный этап в деятельности конструктора. Сплав должен обеспечивать механические свойства, необходимые для условий работы детали, быть по возможности дешевым и иметь высокие технологические свойства.

Для отливок применяют сплавы на основе железа (черные сплавы) и цветных металлов: алюминия, меди, титана, магния и др.

Цветные сплавы являются сравнительно дорогими, поэтому их используют по специальному назначению, исходя из условий работы детали и требуемых свойств материала.

Черные сплавы по возрастанию их стоимости можно рас­ положить в следующей последовательности: чугун серый, высокопрочный, ковкий; стали углеродистая литейная,

легированная литейная, высоколегированная литейная. Причем, как правило, чем выше механические характеристики сплава и чем больше в нем легирующих элементов, тем он дороже. Механические свойства и примерное назначение части сплавов приведены в табл. 1.1 и 1.2.

Серый чугун имеет сравнительно небольшую прочность, является хрупким, но успешно применяется при статических нагрузках. Обладает высокой жидкотекучестью, малой усадкой, хорошо обрабатывается резанием, сварке не подлежит. Серый чугун имеет высокие антифрикционные свойства, так как содержит в структуре пластинчатый графит, хорошо гасит вибрацию.

Высокопрочный чугун получают из расплавленного серого чугуна введением дополнительных модификаторов (магний, церий), способствующих выделению не пластинчатых, а шаровидных включений графита. В результате возрастают прочность и пластичность чугуна. К технологическим свойствам высокопрочного чугуна следует отнести высокую жидкотекучесть, значительную усадку, хорошую обрабатываемость резанием.

Ковкий чугун применяют для небольших отливок, когда за счет легирующих добавок (W, Сг, Мо, V) и быстрого охлаждения •металла углерод сохраняется в виде цемента Ре₃С, т. е. чугун становится белым. Готовые отливки подвергают длительному отжигу, при котором цементит распадается на железо и графит. Последний выделяется в виде мелких хлопьевидных включений, а основу структуры чугуна составляет перлит или феррит. Поэтому прочность ковкого чугуна приближается к прочности некоторых сталей при наличии удовлетворительной пластичности, что позволяет использовать его при динамических нагрузках. Жидкотекучесть белого чугуна ниже, а усадка выше, чем серого.

Для отливок применяют так же и специальные чугуны: антифрикционные, жаростойкие.

Сталь литейная (как углеродистая, так и легированная), имеющая высокую прочность, пластичность, используется для получения тяжелонагруженных ответственных деталей сложной формы.

Малоуглеродистые стали, содержащие до 0,3% углерода, обладают высокой пластичностью и ударной вязкостью, хорошо свариваются, однако имеют низкую жидкотекучесть. Жидкотекучесть среднеуглеродистых сталей выше, чем ма­лоуглеродистых, но значительно уступает жидкотекучести чугуна, обрабатываемость резанием удовлетворительна. Литейные стали обладают высокой прочностью, особенно легированные.

Механические свойства чугунных отливок

	Твердость	Относитель-	Предел	Марка
Назначение	НВ.МПа	ное удлине-	прочности	чугуна
		ние,	МПа
		,%
Серый чугун. ГОСТ 1412 - 85
Бытовые приборы,	1900		100	СЧ10
противовесы, плиты
Детали машин с толщиной	2100		150	СЧ15
стенки до 40 мм,	2300		200	СЧ20
работающие при не больших
нагрузках; корпусные де-
тали,' маховики, арматура
низкого давления,
поршневые кольца, крон-
штейны и т. п.
Детали машин,	2450		250	СЧ25
испытывающие повышенные	2600		300	СЧЗО
статические нагрузки:	2750		350	СЧ35
станины станков, блоки и
гильзы цилиндров, шкивы,
зубчатые колеса, корпуса
Высокопрочный чугун. ГОСТ 7293 - 85
Тяжелона1руженные	1400-1700	22	350	ВЧ35
детали сложной формы:	1400 - 2020	15	400	ВЧ40
станины. барабаны,	1400-2250	10	450	ВЧ45
коленчатые валы, корпусные	1530-2450	7	500	ВЧ50
детали турбин, насосов и др.	1920-2770	3	600	ВЧ60
Используется как заменитель	2280 - 3020	2	700	ВЧ70
стали	2480-3510	2	800	ВЧ80
	2700-3600	2	1000	ВЧ100
Ковкий чугун. ГОСТ 1215-79
Небольшие тонкостенные	1000-1630	6	294	КЧ 30 - 6
детали, работающие при умеренных динамических нагрузках: ступицы,	1000-1630 1000-1630 1100-1630 1700-2300	8 10 12 5	323 333 362 441	КЧ 33 - 8 КЧ 35-10 КЧ 37-12 КЧ 50 - 5
шестерни, червячные колеса,	200-2690	3	588	КЧ 60-3
тормозные колодки, паровая
арматура, картеры, корпуса
редукторов.

Свойства конструкционной литейной стали (ГОСТ 977-88)

Назначение	Удар­ная вяз­кость	Относи­тельное удлине­ние	Времен­ное сопро­тивление	Предел теку­чести	Катего­рия прочно­сти	Марка стали
Детали, работающие	491	24	392	196	К20	15Л
при знакопеременных и	491	22	412	216	К20	20Л
ударных нагрузках:	392	19	441	235	К20	25Л
кронштейны, шестерни, корпуса двигателей, под-	343	17	471	255	К25	ЗОЛ
шипников. Сварнолитые
изделия.
Тяжелонагруженные	343	15	491	275	К25	35Л
детали машин: шестерни,	394	14	520	294	КЗО	40Л
барабаны, станины,	294	12	540	314	КЗО	45Л
корпуса.
Детали, работающие	245	И	569	334	КЗО	50Л
при значительных
контактных нагрузках:
колеса, толкатели, опоры.
Ответственные	491	18	540	275	К25	20ГЛ
тяжелонагруженные	294	12	540	294	КЗО	35ГЛ
детали машин: диски,	294	14	589	343	К35	ЗОГСЛ
барабаны, зубчатые венцы,	491	18	441	343	К35	08ГДНФЛ
цапфы, корпусные детали	343	15	589	392	К40	ЗОХГСФЛ
турбин, литые детали	294	12	687	540	К55	зохнмл
вагонов, экскаваторов и	294	12	785	638	К65	12ДХН1МФЛ
Др.

Различают три группы стальных отливок:

1— отливки общего назначения (для деталей, конфигурация и размеры которых определяются только конструктивными соображениями);

2 — отливки ответственного назначения (для деталей, рас­считываемых на прочность и работающих при статических нагрузках);

деталью имеют припуски на механическую обработку. Припуск, т. е. дополнительный слой металла, подлежит снятию на металлорежущих станках с целью повышения точности размеров и обеспечения заданной шероховатости поверхности.

Припуски определяются по ГОСТ 26645-85 "Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку". Величина припуска зависит от размеров отливки, типа сплава и способов литья, которые определяют получаемую точность отливок.

Стандарт предусматривает 22 класса (1—16) размерной точности отливок, 22 класса точности массы, а также 11 степеней коробления отливки и 22 степени точности поверхности, которые должны быть указаны в технических требованиях на чертеже. Ненормируемые степени точности заменяют нулями. Например, для отливки 8-го класса размерной точности, 5-й степени коробления, 4-й степени точности поверхности, 7-го класса точности массы:

Точность отливки 8—5—4—7ГОСТ 26645-85 или

Точность отливки 8—0—0—7 ГОСТ26645-85. Классы размерной точности (точности размеров) отливки и классы точности массы отливки, получаемых в разовых песчаных формах при высокой степени уплотнения, можно определить по табл. 1.5. Другие способы литья, например литье в металлические формы, обеспечивают иные классы точности (см. ГОСТ).

Классы размерной точности отливок, получаемых в песчаных формах

Наибольший габаритный размер отливки, мм	Тип сплава				Ряды припус­ков
	Цветные легко­плавкие	Черные нетермо-обрабатываемые	Чугунные термообрабатываемые и цветные тугоплавкие	Сталь термо-обрабаты-ваемая
	Классы точности размеров
До 100	5-10	6-11Т	7Т-11	7-12	5-8
101-250	6-11Т	7Т-11	7-12	8-13	6-9
251-630	7Т-11	7-12	8-13Т	9Т-13	6-10
631-1600	7-12	8-13Т	9Т-13	9-13	6-11
1601-4000	8-13Т	9Т-13	9-13	10-14	6—12

Примечания:

1. Меньшие значения классов соответствуют массовому производству простых отливок, большие - - мелкосерийному и единичному производству сложных отливок, средние—серийному механизированному производству отливок средней сложности.

2. Меньшие ряды припусков относятся к отливкам из цветных сплавов, большие—из ковкого чугуна, средние—к отливкам из серого, высокопрочного чугуна и стали.

3. Для верхних участков отливки номер ряда припуска следует увеличить на 1— 3 единицы.

По классу размерной точности можно найти предельные отклонения размеров через допуск размера отливки (табл. 1.6).

Допуск размера относится к линейным размерам как изменяемым механической обработкой, так и не изменяемым. В последнем случае это будет допуск размера детали. Величина допуска зависит от класса точности размеров (1—16) и номинального размера детали. В табл. 1.6 в отличие от стандарта не включены классы точности 1—-5, 15, 16 и размеры более 4000 мм.

Допуски элементов отливки, образованных двумя полуформами или полуформой и стержнем, соответствуют заданному классу точности. Если элементы расположены в одной части формы, то допуски назначают на 1—2 класса точнее, а для элементов, образованных тремя и более частями формы,—на 1—2 класса грубее.

Предельные отклонения размеров отливки устанавливают симметричными и несимметричными, при этом предпочтительно следующее расположение полей допусков:

несимметричное одностороннее, «в тело»—для размеров элементов (кроме толщины стенок), расположенных в одной части формы и не подвергаемых механической обработке, при этом для охватывающих элементов (отверстие) поле допуска располагается «в плюс» (+дельта), а для охватываемых (вал) — «в минус» (-дельта);

симметричное (±дельта/2)—для размеров всех остальных элементов отливки как подвергаемых, так и не подвергаемых механической обработке.

ГОСТ 26645—85 устанавливает дополнительные допуски формы и расположения поверхности и допуски неровности поверхности в зависимости от степени коробления отливок, степени точности поверхностей и их взаимного расположения. При ненормируемых перечисленных показателях общий допуск элемента отливки Л_общ следует принять на 25 % больше допуска размера, определяемого по классу размерной точности (см. табл. 1.6).

После определения общего допуска элемента отливки Дельтаобщ можно найти односторонний припуск на механическую обра­ботку 2. ГОСТ 26645-85 содержит в табличной форме значения припусков для 16 рядов припусков от 0,2 до 73 мм в диапазоне допусков от 0,1 до 80 мм.

Литью в разовые песчаные формы соответствуют ряды припусков от 5-го до 13-го в зависимости от габаритных размеров

Приготовление формовочных и стержневых смесей производят путем размола, просеивания компонентов с последующим смешиванием в бегунах, шнековых смесителях. На участок формовки подают транспортерами.