1.2.1. Определение минимальной толщины стенки.

В первую очередь конкретные особенности сплавов учитываются при выборе минимально возможной толщины стенки. Толщина стенки отливки назначается конструктором из соображений прочности. Литая деталь должна при минимальной массе обладать требуемой прочностью, которая зависит от сплава отливки и ее конструкции. Толщина стенки литой детали должна назначаться исходя из конструктивной необходимости с учетом механических свойств, применяемого сплава и технологических возможностей выбранного метода литья. Однако рассчитанные конструктором стенки часто оказываются столь тонкими, что не могут быть получены при литье из-за ограниченной жидкотекучести сплава. Из практики было введено понятие «критическая» толщина стенки для песчано-глинистых форм. Для чугунных отливок она составляет 3 - 5 мм, для отливок из углеродистой стали – 5 - 8 мм. Название «критическая» означает наименьшую минимальную толщину стенок с учетом «средних» технологических характеристик — температуры заливки, влажности смеси и т. п. Критическая тол­щина стенки также является некоторой статистической величиной из производственных данных. Использовать эту величину литейщики могут, но с учетом того, что меньшую толщину стенки получить практически нельзя.

В отливках из серого чугуна тонкие стенки могут получиться отбеленными. Минимальная толщина стенки зависит не только от металлургических и технологических факторов, но и от габаритных размеров отливки.

Существует несколько методов определения толщины стенки отливки. Так, для определения толщины стенки литой детали можно использовать диаграмму Рихтера

(рис. 1.1).

На рис. 1.1 приведены кривые для определения технологически минимальной толщины стенки отливок из стали, чугуна, медных, алюминиевых и магниевых сплавов.

Приведенный габарит отливки N, м рекомендуется определять по формуле N=(2L+B+H)/3, где L, В, Н - наибольшая длина, ширина и высота отливки соответственно в метрах.

На станкостроительных предприятиях минимальную толщину стенки отливки обычно выбирают по табл. 1.1 исходя из наибольшего габаритного размера, примерной массы и марки чугуна.

Рис. 1.1. Зависимость минимальной толщины стенок отливок при литье

в песчаные формы: 1 - стальных; 2 - чугунных; 3 - медных;

4 - алюминиевых и магниевых.

Таблица 1.1

Минимальная толщина стенки чугунной отливки

Технологические параметры отливки		Минимальная толщина стенки отливки в зависимости от марки чугуна, мм
наибольший габаритный размер, мм	масса, кг	СЧ15	СЧ20-СЧ25	СЧ30-СЧ35
До 250	До 5	6	10
От 215 до 500	25	8	12	12-16
501-750	100	10	14
751-1000	250	12	15	16-18
1001-1500	500	14	16	18
1501-2000	750	16	18	20
2001-2500	1500	18	20	22
2501-3000	3000	20	20	22
3001-5000	5000	22	22	22
От 5001	Свыше 5000	25	25	25

При повышенном содержании в чугуне фосфора толщина стенки мелких отливок может быть уменьшена до 2 мм.

При заливке чугуна в металлические формы минимальная толщина стенки составляет 4 мм при площади поверхности отливки до 25 см² и 6 мм при площади поверхности 25 - 125 см.² Наименьшая толщина стенки при литье в песчаные формы для отливок из модифицированного чугуна на 15 - 20 % больше толщины отливок из обычного серого чугуна. Для чугуна с шаровидным графитом при отливках средних размеров толщина такая же, как для отливок из модифицированного чугуна.

Таблица 1.2.

Минимальная толщина стенки отливок при их изготовлении

в песчано-глинистых формах [3] МАМИ

Сплавы	Масса отливок, кг	Протяженность стенки, мм	Минимальная толщина стенки, мм,
Алюминиевые и магниевые	До 0,2 ˃ 0,2 - 1,5 ˃ 1,5 - 5,0	До 100 ˃ 100 - 250 ˃ 250 - 630	5,0 7,0 8,0
Оловянные бронзы	До 1,0 ˃ 1 ,0 - 7,0 ˃ 7,0 - 30	До 100 ˃ 100 - 250 ˃ 250 - 630	5,5 6,5 8,0
Медные	До 0,6 ˃ 0,6 - 15 ˃ 15 - 60	До 100 ˃ 100 - 250 ˃ 250 - 630	6,0 8,0 10,0
Легированная сталь	До 12,0 ˃ 12,0 - 100 ˃ 100 - 500 ˃ 500 - 3000	До 100 ˃ 100 - 250 ˃ 250 - 630 ˃ 630 - 1600	8,0 10,0 14,0 18,0
Углеродистая сталь	До 40,0 ˃ 40,0 - 300 ˃ 300 - 1000 ˃ 1000 - 3000	До 100 ˃ 100 - 250 ˃ 250 - 630 ˃ 630 - 1600	9,0 12,0 16,0 20,0

Мелкие отливки, получаемые в оболочковых формах, могут иметь стенки толщиной до 3 мм, а отливки, получаемые в металлических формах, должны иметь стенки толщиной не менее 8 мм. Для низколегированной стали в зависимости от марки толщина стенки в среднем на 20-40 % больше толщины стенок отливок из обычной углеродистой стали

Толщина, расположение и форма стенок отливки должны способствовать спокойному заполнению формы сплавом. Для этого необходимо избегать тонких и плоских горизонтально расположенных стенок с развитой поверхностью, так как на них часто образуется брак по недоливам и неспаям. На больших горизонтально расположенных поверхностях нередко наблюдаются газовые, шлаковые и земляные раковины, скопления неметаллических включений, поэтому такие поверхности желательно заменять наклонными, как показано на рис. 1.2, б.

Рис. 1.2. Выполнение протяженных тонких горизонтальных стенок:

а - нетехнологично; б - технологично

Из производственного опыта известно, что толщина внутренних стенок может быть на 10...20% меньше, чем наружных. Поэтому для уменьшения массы отливки этим следует пользоваться. Если по конструктивным соображениям стенки или отдельные участки литых деталей должны быть на 20-30 % тоньше минимально допустимых, то рекомендуется ввести их механическую обработку (литые стенки при этом из соображений заполняемости выполняются с толщиной, не тоньше минимальной) или на тонких стенках предусмотреть сетку низких широких ребер (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схема выполнения ребер на тонких стенках:

а – прямоугольных, б – ромбических.

При этом холодный сплав с головы потока сплава в процессе заполнения стенки будет сбрасываться в полости ребер, что повысит заполняемость формы.