Конструктивное оформление элементов литых заготовок

Конструктивные уклоны –

– предусматривают беспрепятственное удаление модели из формы и стержня из стержневого ящика. Для этого стенки детали (модели), перпендикулярные к плоскости разъема модели, выполняются с уклоном, называемым конструктивным. Конструктивные уклоны создают также благоприятные условия для направленного затвердевания отливки. Правильный выбор величины и направления конструктивных уклонов позволяет установить наиболее рациональную толщину стенок отливок, обеспечивающую минимальный расход материала.

Если конструктивные уклоны на чертеже детали не указаны, то уклоны назначают на чертеже модели. Подобные уклоны называют формовочными и выполняют в соответствии с ГОСТом 3212-80, они могут быть назначены «в тело» отливки, «из тела», или линия уклона может делить вертикальную стенку пополам.

Литейный уклон не может быть выполнен за счет металла припуска на механическую обработку.

Толщина стенок.

Толщина стенок литых деталей выбирается в зависимости от механических и технологических свойств сплава, конфигурации и габаритных размеров отливки и назначение стенки. Правильно выбранная толщина стенки обеспечивает не столько необходимую жесткость, герметичность и другие требования, но является одним из важнейших условий получения годных отливок с высоким коэффициентом использования металла.

Чрезмерная толщина стенок увеличивает вес литой детали, вызывает появление усадочных рыхлот, пористости и других дефектов, снижает прочность изделия и часто приводит к браку. Необходимая прочность отливки может быть достигнута при тонких стенках с ребрами жесткости.

Наименьшая толщина стенки должна обеспечивать требуемую расчетную прочность и удовлетворять требованиям технологии литья. Детали с заниженными (по сравнению технологически допустимыми) толщинами стенок очень трудно, а часто и невозможно получить литьем из-за большого брака по незаполнению формы, трещинам и прочим дефектам.

В отливках с очень тонкими стенками и сложной конфигурацией ввиду механического торможения усадки со стороны формы могут возникать напряжения большие предельной прочности, образуются трещины.

Следовательно, толщина стенок отливок определяется не только условиями работы и конструкцией, но и литейными свойствами сплавов и технологическими особенностями получения отливок.

Наименьшая величина толщин стенок зависит от материала отливки, его жидкотекучести, веса и размеров отливки, способа литья (условий охлаждения) и условий подвода расплава в форме (см. таблицы, графики).

Наибольшая (критическая) толщина стенки литой детали определяется наиболее благоприятными условиями первичной кристаллизации сплава.

Для стальных отливок:

Содержание С в %	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
Критическая толщина стенки в мм		13,5	18,5

Для неответственных деталей толщины стенок не лимитируют.

Переходы и сопряжения стенок.

Плавность переходов от тонких сечений к толстым, правильные сопряжения и достаточной величины радиусы закруглений обеспечивают получение отливок без литейных дефектов: усадочных раковин, пористости, трещин и т.д.

В отливках со стенками равной толщины, с резкими и не правильно выполненными переходами сечений равной величины и с большими местными скоплениями металла возникают большие внутренние напряжения, приводящие к трещинам и короблению.

В массивных сечениях стенок могут быть усадочные раковины и пористость. При правильном выполнении отливки одновременно уменьшится ее вес.

Лобовые сопряжения двух стенок разной толщины.

Допустима S / S ₁ ≤ 4/1

при S / S ₁ ≤ 2 R = 0,3 h для СЧ;Al;Mg.

R = 0,3 h для слтали и Cu.

– при работе на удар. S / S ₁ > 2

l ≥ 4 h для СЧ;Al;Mg.

l ≥ 5 h для стали и Cu.

L-образные (угловые) сопряжения.

По сравнению с другими видами сопряжений (кроме лобового) имеет наименьшую склонность к образованию усадочной раковины. Параметры сопряжения задаются в зависимости от S / S ₁ и «α»; значение R = f (r и S; S ₁) r – выбирают по графику для соответствующего материала.

При литье чугунных деталей с большим припуском на обработку для устранения скопления металла в узлах принимают:

При S > S ₁

R = S + S ₁

При S < 25 мм и

r = 0,3 S

r > 4 мм

При S > 25 мм или

r = 0,3 S

R = 5 S

Т-образные (тавровые) сопряжения.

- опасны в отношении образования усадочных раковин и рыхлот, особенно при наличии острых углов и большой разнице в толщинах сопрягаемых стенок, также при больших радиусах сопряжений.

Тавровые сопряжения рекомендуются РТМ 12-60, зависят от S/S₁; α; материала.

r – по графику

В чугунных деталях в тавровом сопряжении с учетом припусков на механическую обработку принимают:

К-образные сопряжение.

Такое сопряжение применяют преимущественно в ребристых конструкциях. В местах утолщения могут образовываться усадочные рыхлоты и раковины а), поэтому большие скопления металла необходимо рассредоточить.

Т-образное шахматное сопряжение.

Сопряжение имеет также большое распространение в ребристых конструкциях, его применяют вместо нерациональных крестообразных сопряжений.

Ребра, как правило, равностенные.

Крестообразное сопряжение четырех стенок нерационально, так как увеличивает массу металла, способствует концентрации тепла, замедляет охлаждение.

Применяется в исключительных случаях, при этом необходимо предусмотреть отверстие, образуемое стержнем.

Графический метод определения величины возможных усадочных дефектов при сопряжении стенок.

Вероятность появления дефектов возрастает с увеличением массы металла в узле. Можно с достаточной степенью точности определить возможность их возникновения, пользуясь вписанными окружностями.

«20» и «40» – const.

	а)	б)	в)	г)
D, мм
	3,7	3,24	2,25	1,75
> массы %

Наибольшая вероятность появления дефектов в сопряжении а), наименьшая – в г).

Радиусы закруглений.

Правильный выбор радиусов закруглений в местах переходов от одних сечений к другим в значительной мере определяет качество литой детали. Практика показывает, что слишком малая величина радиусов закруглений в узловых сопряжениях ведет к трещинам, чрезмерная величина – к появлению усадочной раковины.

Исследованиями и практикой работы доказано, что для литых деталей оптимальная величина радиусов закруглений, обеспечивающая получение наиболее плотного металла в узле, зависит от толщины стенок.

При сопряжении двух стенок одинаковой толщины под прямым углом, обычно принимают r = S; R =2 S.

Для отливок из серого чугуна величину радиуса выбирают в пределах 1/5-1/3 среднего арифметического от толщины сопрягаемых стенок. Минимальные радиусы выбирают по таблицам в зависимости от материалов, вида сопряжения, толщин стенок, наружных и внутренних сопряжений. Величины радиусов можно определять по графикам РТМ12-60. Величина радиусов закруглений регламентируется также ГОСТом 10948-64.

Детали с ребрами жесткости.

Для увеличения общей жесткости и прочности, усиления особо нагруженных мест или выступающих частей, а иногда по технологическим соображениям в литых деталях применяют ребра жесткости. Ребра жесткости позволяют уменьшить сечение отдельных элементов, снизить внутренние напряжения в местах сопряжения стенок различного сечения, уменьшить коробление и брак по трещинам.

В зависимости от назначения ребра подразделяются на виды: усиливающие ребра (усиливают прочность отливки в определенных сечениях, уменьшают напряжение);

Разводящие ребра (воспринимают рассредоточенные нагрузки и переносят их рассредоточено на тонкие стенки отливки);

Ребра жесткости (усиливают жесткость слабых элементов отливки);

Ребра конструктивные (являются элементами конструкции);

Ребра технологические (усадочные ребра, ребра уменьшающие коробление в период охлаждения, которые затем удаляют).

При конструировании отливок с ребрами следует пользоваться следующими рекомендациями:

1. Толщина ребер наружных 0,8, внутренних 0,6-0,7 толщины стенки, высота не более пятикратной толщины стенки;

2. Необходимо избегать скоплений металла и резких переходов;

3. Для внутренних ребер сопряжение с массивными частями делать Т и Г –образными;

В > 1,5 S

4. При переходе направляющих (станков) в обычную стенку предусматривают внутренние ребра жесткости 1 и местное внутреннее конусное утолщение 2.

5. Наффваемые крышки делают сферическими с ребрами внутри (для лучшего расширения);

6. Стойки станков изнутри имеют горизонтальные и вертикальные ребра и плоские площадки между ними не должны быть более, чем 400 к 400, иначе они колеблются как диафрагмы;

7. Выбор жесткости для укрепления деталей во избежание коробления располагают симметрично

8. Ребра следует располагать в плоскости разъема формы или перпендикулярно к ней, чтобы избежать применения отъемных частей модели;

9. Ребрам следует придавать криволинейную форму во избежание образования трещин в месте их стыка со стенками;

10. Излишнее число ребер усложняет отливку;

11. В чугунных отливках ребра должны работать на сжатие.

При назначении толщины учитывают, что ребра должны затвердевать одновременно или несколько раньше стенок, к которым они примыкают. Поэтому толщина ребер должна быть меньше или не превышать толщину стенки детали.

Втулки и фланцы.

При неправильном конструировании втулок с фланцами при большой усадке в местах скопления металла часто при затвердевании металла образуется усадочная рыхлость или раковина.

Поэтому следует вводить ребра жесткости или кольцевые канавки. Рекомендуются определенные соотношения элементов конструкции.

Отверстия – окна.

В стенках литых деталей для снижения усадочных напряжений предусматривают окна – отверстия овальной или круглой формы, если станки значительной протяженности.

Наибольший размер окон совпадает с направлением действия внутренних сил. Размеры окон должны быть максимальными, допускаемыми при расчете стенок на прочность.

Кромки литых окон упрочняют отбортовкой во избежание появления горячих и холодных трещин. Размеры и формы отбортовки берут по рекомендациям.

Кроме конструктивных отверстий, часто выполняют технологические отверстия для выхода газов из внутренних полостей для избежания газовых раковин. Технологические окна лучше располагать сверху отливки и хуже сбоку. Окна выполняются с помощью стержней и земляных болванов. Площадь окон зависит от объемов внутренних полостей и рекомендуется таблицами.

Минимальные диаметры литых отверстий определяются материалом, способом выполнения отверстия, видом литья и отношением Н/d

Способы выполнения отверстия:

Земляным болваном в металлических моделях и стержневых ящиках (для чугунных отливок).

D = 1,7 H при Н ≤ 10 мм.

D = 1,2 Н при Н = 75 – 100 мм

Земляным болваном в металлических и деревянных моделях и стержневых ящиках.

D = 1,7 H при Н = 10 мм.

D = 1,2 Н при Н = 75 – 100 мм

Стержнем.

D = 8 мм при Н = 10 мм.

D = 20 мм при Н = 75 – 100 мм

D = 20 – 25 мм – для углеродистой стали

Внутренние полости детали.

Внутренние полости литых деталей следует конструировать так, чтобы избежать применения стержней, которые усложняют и удорожают процесс изготовления формы. По возможности стержни заменяют выступающими частями формы – болванами.

Такая замена при машинной формовке возможна для полостей при Н ≤ D, h ≤ 0,3 d, (H < N и h < n); Н ≤ 0,5 D, h ≤ 0,15 d.

Если без стержней обойтись невозможно, то следует руководствоваться правилами:

1. Внутренние полости должны иметь окна для стержневых знаков с размерами достаточными для вывода газов.

2. На внутренних полостях следует иметь окна для надежного крепления стержней на знаках без применения жеребеек, т.к. последние не расплавляются и снижают прочность и герметичность отливки. Наличие знаков облегчает сборку и обеспечивает более точное соблюдение геометрии отливки.

3. Стержни необходимо ставить сверху без горизонтального перемещения.

4. Очертание внутренних полостей проектируют так, чтобы хотя бы одна сторона стержня была плоской для удобства машинного изготовления, сушки и транспортирования.

5. Конструкции отливок должны позволять свободно удалять из внутренних полостей стержневую смесь и каркасы, для этого предусматривают специальные окна.

Всегда лучшим вариантом конструкции является вариант без стержней.

Предотвращение газовых раковин.

Отливке следует придавать такую форму, чтобы жидкий металл, заполняя полость формы, свободно вытеснял из нее воздух и газы. Для предупреждения газовых раковин в отливке следует предусматривать достаточное количество окон, обеспечивающих отвод газов за пределы формы из каждого внутреннего стержня.

Отдельные внутренние полости, которые по конструктивным или технологическим соображениям нецелесообразно раскрывать большими окнами наружу, должны быть соединены с соседними внутренними полостями окнами достаточного размера; при этом необходимо обеспечивать свободный вывод газов из стержней.

Газовые раковины чаще располагаются на поверхностях, обращенных к верху, поэтому ответственные поверхности конструкции отмечают на чертеже, а литейщик при заливке располагает их снизу.

Для предупреждения образования газовых раковин желательно горизонтальные стенки большой площади заменять наклонными или ступенчатыми, тогда металл заполняет форму постепенно при малой поверхности зеркала, выход газа и других неметаллических включений облегчается.

Влияние положения при заливке.

При определении положения отливки при заливке следует учитывать следующие правила:

1. Наиболее ответственные части отливки, к которым предъявляются требования повышенной точности, чистоты и плотности, должны быть расположены внизу, т.к. при заполнении формы металлом все неметаллические включение (земляные, шлаковые, окислы, газы) скапливаются на верхних поверхностях.

2. Если это условия почему-либо не выполнимо, ответственные обрабатываемые поверхности во время заливки должны располагаться вертикально или наклонно. Здесь целесообразно заменить горизонтальные плоскости наклонными.

3. Если обрабатываемые поверхности все же должны быть обращены кверху, необходимо создать такие условия, при которых литейные пороки (усадочные и газовые раковины, шлаковые и земляные включения) могли бы образовываться только в тех частях отливки, которые удаляются при чистке литья или обработке, т.е. в выпорах, прибылях и припусках на механообработку.

4. Если отливка подлежит обработке с нескольких сторон, то при заливке ее следует располагать так, чтобы наиболее ответственные и самые большие поверхности были обращены книзу, а поверхности расположенные кверху должны иметь большой припуск на механическую обработку.

5. Положение отливки при заливке определяется также наличием тепловых узлов, которые должны питаться с помощью прибылей и с соблюдением принципа направленного затвердевания.

6. При конструировании литой детали следует учитывать, что от положения при заливке зависит разъем формы, установка стержней и величина припусков на меха на обработку.

Упрощение модели и ликвидация стержней.

Литые детали следует конструировать так, чтобы не требовалось не больше одной поверхности разъема формы и модели, модель не имела отъемных частей, количество стержней минимальное, а при возможности совсем их исключать, форма стержней должна быть простой.

Каждый дополнительный разъем модели потребует добавочной опоки или стержня, увеличивает время на формовку, отделку и сборку формы; при этом увеличивается также количество заливов, усложняется очистка заливки, а часто и механическая обработка.

Для достижения необходимой точности размеров отливки и предотвращение смещения одной половины формы по отношению к другой самой целесообразной является формовка по цельной неразъемной модели. При этом модель, если возможно, помещают в одной (лучше нижней) части формы.

Если разъем модели необходим, то его следует делать в одной плоскости.

Если применение стержней необходимо (нельзя заменить болванами), следует их упрощать с целью изготовления в одном ящике.

Сокращение операций обрубки и очистки.

Стоимость операций обрубки и очистки колеблется в пределах 10-20% общей стоимости литья; трудоемкость их по чугунному литью составляет до 20%, а по стальному до 25% общей трудоемкости изготовления литых заготовок. Кроме того, очистные и обрубные работы по условиям труда являются наиболее вредными. Поэтому при конструировании литой детали необходимо в максимальной степени предусматривать удобства, легкость, экономичность их обрубки и очистки. Поэтому руководствуются следующими правилами:

1. Все наружные и внутренние поверхности должны быть удобны и доступны для обрубки и очистки заливов и заусенцев.

2. Все внутренние полости должны иметь наружные окна для удобства выбивки стержней и извлечения каркасов. Размеры отверстий следует согласовать с технологом – литейщиком.

3. Для удобства промывки деталей в гидрокамере рекомендуется во внутренних полостях делать по два отверстия для выхода струи из гидромонитора и удаление остывшей земли.

4. следует избекать узких полостей, особенно несквозных, воизбежание заваривания и скалывания, что замедляет вы выбивку.

5. Удаление стержней из отливок с запутанными системами каналов трудоемка. Размеры окон должны быть больше размеров стержней,

6. Конструкция отливки должна должна обеспечить легкое удаление заливов, возникающих на поверхности разъема формы и стыка стержней, а также простоту отделения литниковой системы и прибылей.

Детали при конструировании следует придавать такую конфигурацию, чтобы количество, длина и толщина, а заливов были наименьшими. С этой целью рекомендуют:

1. количество и длина заливов тем меньше, чем меньше число разъемов формы и стыков стержней.

2. наиболее рациональная форма детали, у которой заливы образуются на обробатываемых поверхностях и удаляются вместе во слоем срезаемого металла.

3. мелкие отливки, очищаемые в барабанах, не должны иметь тонких выступающих частей во избежании поломки.

4. удаление летниковой системы упрощается, если она находится в легкодоступных местах и имеет небольшое поперечное сечение. При отбивке выгоров и литников обеспечит сохранность отливки.

5. Желательно все прибыли срезать за один переход при механической разке.

Дата добавления: 2014-01-07