РГПУ им. А.И. Герцена

Смирнов А.М.

ЛИТЫЕ ЗАГОТОВКИ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

Учебное пособие

Санкт-Петербург 2004 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие

1. Литейные материалы и их свойства

2. Основы проектирования технологичных литых деталей

2.1. Общие технологические требования

2.2. Правила оформления внешних поверхностей литых деталей

2.3. Основные требования к внутренним полостям отливок

2.4. Выбор толщины стенок и способа их сопряжения

3. Разработка технологии получения отливки

3.1. Выбор варианта технологического процесса. Состав технологической документации производства отливки.

3.2. Припуски на механическую обработку. Правила выполнения чертежей отливок.

4. Материалы и технологическая оснастка для получения отливок

4.1. Приготовление литейных сплавов

4.2. Формовочные материалы

4.3. Модельный комплект

4.4. Опоки и вспомогательная оснастка

5. Проектирование и расчет литниковой системы и прибылей

6. Пример разработки конструкции детали и технологии получения отливки

Список литературы

ПРЕДИСЛОВИЕ

Литейное производство занимает ведущее положение в производстве заготовок в машиностроении. Это обусловлено малой себестоимостью отливок и высокой универсальностью литья, что позволяет получать изделия сложной формы из различных сплавов, любой массы, с небольшим объемом последующей механической обработки.

Отливки получают в песчано-глинистых, металлических и оболочковых формах, литьем под давлением и другими способами. Наиболее простым и распространенным способом является литье в разовые песчано-глинистые формы, технологические возможности которого и рассматриваются в данном пособии.

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

Учебное пособие предназначено для студентов факультета «Технологии и предпринимательства», изучающих раздел «Дисциплины технологического цикла», и ставит своей целью формирование у студентов навыков проектирования технологичных деталей машин на базе знания основ технологии производства отливок.

1. 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 свойств сплава.

Черные сплавы по возрастанию их стоимости можно расположить 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 таблицах 1 и 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, низкую свариваемость.

Ковкий чугун применяют для небольших отливок, когда за счет легирующих добавок (W, Cr, Mo, V) и быстрого охлаждения металла углерод сохраняется в виде цемента Fe₃C, т.е. чугун становиться 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 у серого.

Таблица 1. Механические свойства чугунных отливок

Назначение	Твердость НВ 10-1, МПа	Относительное удлинение δ, %	Предел прочности при растяжении σв, МПа	Марка чугуна
Серый чугун. ГОСТ 1412 – 85
Бытовые приборы, противовесы, плиты.	190		100	СЧ 10
Детали машин с толщиной стенки до 40 мм, работающие при небольших нагрузках: корпусные детали, маховики, арматура низкого давления, поршневые кольца, кронштейны и т.п.	210 230		150 200	СЧ 15 СЧ 20
Детали машин, испытывающие повышенные статические нагрузки: станины станков, блоки и гильзы цилиндров, шкивы, зубчатые колеса, корпуса и т.д.	245 260 275		250 300 350	СЧ 25 СЧ30 СЧ 35
Высокопрочный чугун. ГОСТ 7293 – 85
Тяжелонагруженные детали сложной формы: станины, барабаны, коленчатые валы, корпусные детали турбин, насосов и др.	140-170 140-202 140-225	22 15 10	350 400 450	ВЧ 35 ВЧ 40 ВЧ 45
Используется, как заменитель стали	153-245 192-277 228-302 248-351 270-360	7 3 2 2 2	500 600 700 800 1000	ВЧ 50 ВЧ 60 ВЧ 70 ВЧ 80 ВЧ 100
Ковкий чугун. ГОСТ 1215 – 79
Небольшие тонкостенные детали, работающие при умеренных динамических нагрузках: ступицы, шестерни, червячные колеса, тормозные колодки, паровая арматура, картеры, корпуса редукторов и т.п.	100-163 100-163 100-163 110-163 170-230 200-269	6 8 10 12 5 3	294 323 333 362 441 588	КЧ 30-6 КЧ 33-8 КЧ 35-10 КЧ 37-12 КЧ 50-5 КЧ 60-3

Таблица 2. Свойства конструкционной литейной стали (ГОСТ 977 – 88)

Назначение	Ударная вязкость KCU, кДж/м2	Относительное удлинение δ, %	Временное сопротивление σв, МПа	Предел текучести σ02, МПа	Категория прочности	Марка стали
Детали, работающие при знакопеременных и ударных нагрузках: кронштейны, шестерни, корпуса двига-телей, подшипников и т. п. Сварнолитые изделия. Цементируемые детали	491 491 392 343	24 22 19 17	392 412 441 471	196 216 235 255	К20 К20 К20 К25	15Л 20Л 25Л 30Л
Тяжелонагруженные детали машин: шестерни, барабаны, станины, корпуса и др.	343 394 294	15 14 12	491 520 540	275 294 314	К25 К30 К30	35Л 40Л 45Л
Детали, работающие при значительных контактных нагрузках: колеса, толкатели, опоры и т.п.	245	11	569	334	К30	50Л
Ответственные тяжелонагруженные детали машин: диски, зубчатые венцы, цапфы, корпусные детали турбин, литые детали вагонов, экскаваторов и др.	491 294 294 491 343 294	18 12 14 18 15 12	540 540 589 441 589 687	275 294 343 343 392 540	К25 К30 К35 К35 К40 К55	20ГЛ 35ГЛ 30ГСЛ 08ГДНФЛ 30ХГСФЛ 30ХНМЛ

Примечание: Здесь приведены минимальные значения показателей механических свойств для отливок после нормализации и отпуска.

Для отливок, работающих в условиях трения и при повышенных температурах, применяют спе­циальные чугуны: антифрикционные, жаростойкие и др.

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 у ма­лоуглеродистых, но значительно уступает жидкотекучести чугуна. Литейные стали, обладают высокой прочностью, особен­но легированные.

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);

3. отливки особо ответственного назначения (для дета­лей, рассчитываемых на прочность и работающих при циклических и динамических нагрузках).

С увеличением номера группы сталь содержит меньшее количество вредных примесей (серы и фосфора) и имеет бо­лее высокую стоимость.

Пример обозначения марки литейной легированной ста­ли, содержащей 0,2% углерода, 1% марганца:

сталь 20ГЛ ГОСТ 977—88.

Группу отливки указывают в технических требованиях на чертеже детали: ОТЛИВКА 2-й ГРУППЫ, ГОСТ 977—88.

Кроме перечисленных в табл. 2 сталей, применяются высоколегированные со специальными свойствами: коррозионностойкие (например, 20Х13Л), кислотоупорные (18Х25Н19СЛ), жаростойкие (12Х18Н9ТЛ, 15Х28Л), жаро­прочные (15Х23Н19Л), износостойкие (1ОГ1ЗЛ) и др. При­менение дорогих высоколегированных сталей допустимо только в специальных случаях.