§ 60 Конструирование деталей с учетом литейных свойств сплава
При конструировании литой детали необходимо учитывать литейные свойства заливаемого в форму сплава и процесс затвердевания отливки.
Жидкотекучесть при проектировании отливок необходимо назначать толщину стенок, обеспечивающую требуемую расчетную прочность и экономию металла. Однако при этом необходимо учитывать жидкотекучесть назначаемого для отливки сплава при нормальной температуре его разливки.
Размеры минимальной толщины необрабатываемой стенки отливки, которую можно заливать при нормальных условиях литья, указаны в табл. 3; они зависят от состава сплава и метода литья.
Таблица 3
Сплав |
Минимальная толщина стенок отливки при литье в земляные формы в мм |
||
небольших |
средних |
крупных |
|
Чугун серый…………………………………….. |
2,5-5
2,5—4 4—5 2-3 |
8-10
6-8
10-12
5—12 |
12—15 —
15—20
12—15 |
Ковкий…………………………………………... |
|||
Сталь…………………………………………….. |
|||
Бронза…………………………………………… |
|||
- Процесс кристаллизации. Следует учитывать, что кристаллизация металла происходит перпендикулярно поверхности теплоотдачи. При неправильно выбранной конструкции отливки возможно снижение механических свойств отливки из-за неудачного расположения' кристаллов и образование пористости (фиг. 64, а—г). Изменение конструкции отливки (фиг. 64, д—з) обеспечивает повышенную механическую прочность отливки.
При сопряжении стенок отливки нельзя допускать острых углов, которые могут привести к образованию в ней трещин.
Около поверхности отливки имеют максимальную скорость затвердевания, а следовательно, более мелкое строение зерна и повышенные механические свойства. Чем дальше от поверхности отливки, тем меньше скорость затвердевания и, следовательно, крупнее строение зерна. Увеличение толщины стенок отливки не повышает пропорционально прочность детали.
Максимальная толщина стенок стальных отливок имеет критическую величину, после достижения которой прочность отливки не увеличивается пропорционально толщине стенок. Для стали с содержанием 0,1 % С критическая толщина стенок составляет 11 мм,
при 0,2% С-13,5 мм, при 0,3% С —18,5мм,
при 0;4% С — 27 мм, при 0,5%
С=39мм Что касается серого чугуна, то здесь с уве- Фиг.64 Схема направления кристаллизации
( слева – неправильная конструкция,
справа правильная. )
личением толщины стенки отливки удельная
прочность металла, отнесенная к единице площади сечения, всегда понижается.
Повышение прочности детали при минимальном расходе металла возможно при правильном подборе геометрических форм сечения отливки. Например, момент сопротивления прямоугольного сечения спиц зубчатых колес почти в 3 раза меньше, чем для таврового сечения равной площади.
Линейная усадка. При конструировании литых деталей необходимо учитывать вредные последствия усадки.. Например, при конструировании шкива маховика вагонных колес нельзя допускать четного количества спиц, так как в этом случае при усадке по диаметру в отливке образуется торможение усадки, которое может привести к появлению внутренних напряжений, вследствие чего в отливке могут образоваться трещины или коробление. При нечетном количестве спиц термическое торможение усадки перераспределяется, что частично устраняет возможность образования дефектов отливки. В некоторых случаях, чтобы устранить усадочные трещины, ставят спицы под углом к ободу (фиг. 65).
На фиг, 66 приведены профили литых брусьев и характер их коробления при охлаждении в результате термических напряжений при усадке отливки.
Объемная усадка. Недопустимо большое местное скопление металла в отдельных частях отливки, которое, как правило, приводит к образованию усадочных раковин или усадочной пористости, что создает опасные, непрочные части узлов.
Равномерность толщины стенки и размеры скопления металла можно определить диаметром вписанной окружности (фиг. 67). Желательно, чтобы соотношение диаметров вписанных окружностей в близко расположенных сечениях не превышало 1,5.При сопряжении
Фиг. 65 Изменение кон- струкции детали для устранения брака по трещинам
. Фиг. 66. Искривление литого бруска . (пунктир показывает искривление при
короблении бруска).
стенок отливки под прямым или тупым углом (острые углы в отливке не допускаются) обязательно предусматривают галтели. На размеры галтелей существует ГОСТ 2716-44.
Галтели применяют, чтобы предупредить образование дефектов в отливках (трещины, пригар и т. д.) и облегчить изготовление литейной формы. Если равномерность толщины стенок отливки неосуществима, то необходимо обеспечить плавный переход от толстой к тонкой стенке. Рекомендуемые Ново – краматорским заводом формы переходов приведены на фиг. 68, где даны / существующие формы перехода в зависимости от толщины а и bсопрягаемых стенок; 2—двусторонний прямой угол со стенками неравной толщины; 3 — особо рекомендуемые пересечения ребер; 4 — односторонние углы со стенками равной толщины; 5 — двусторонние углы со стенками равной толщины; 6 —углы со стенками неравной толщины; 7 — буртики (окантовка) на кромках необратываемых окон в одно стенных отливках
Фиг. 67. Правило вписанной окружности для определения равномерности толщины стенок.
а: — правильная; б — неправильная конструкция.
8 буртики на необрабатываемых окнах двусторонних отливок (двусторонние, а также зубчатые колеса, ролики и т. д.); 9 — прямой односторонний угол со стенками неравной толщины; 10 — переходное оформление стыков тел различных толщин для чугуна, цветных и легких сплавов (а), для стали (б).
Ребра жесткости, применяемые конструкторами для усиления частей отливки, также должны быть правильно сконструированы, в противном случае они могут не усиливать, а ослаблять литую конструкцию и образовать под стенками ребра усадочные рыхлоты или трещины.
Толщина ребра не должна превышать 0,8 наименьшей толщины отливки, к которой она примыкает. Толщина ребер, расположенных внутри отливки, вследствие более медленного их охлаждения должна быть уменьшена до 0,6 толщины примыкающей стенки.
Направление ребер должно быть перпендикулярным к плоскости разъема формы.
Толщина стенок фланца не должна резко отличаться от толщины основного тела отливки.