Практическая работа 4. Тема: принципы конструирования литейных стержней
Цель работы – знакомство с литейными стержнями, с фиксацией их в форме, приобретение навыков расчета конструкции знака.
Теоретическое введение.
Стержни состоят в большинстве случаев из двух частей: основной части, поверхность которой выполняет внутреннюю полость, а иногда внешние очертания отливки, и второй знаковых частей (знаки стержня), с помощью которых стержень закрепляется в форме.
В сложных отливках внутренняя полость представляет собой сложный комплекс отдельных объемов, которые должны быть выполнены в форме стержнем или группой стержней. Назначение количества их является одной из первых задач технолога-литейщика. При решении этого вопроса учитывается необходимость выполнения следующих условий:
– обеспечение удобства изготовления стержня с необходимой точностью его геометрии;
– обеспечение удобства сушки стержней;
– обеспечение удобства и прочности установки стержня в форме.
Учитывая это, стержни можно выполнять цельными и составными, представляющими собой комбинацию нескольких стержней. При необходимости изготовления стержня из отдельных составных частей нужно выбирать разъемы его в соответствии со следующими правилами:
– ящик должен иметь максимальную поверхность для набивки стержня, установки каркасов и холодильников;
– поверхность, на которой сушится стержень, должна быть простой и желательно плоской;
– в ящике, по которому изготовляется стержень, желательно иметь минимальное количество отъемных частей;
– тонкие, высокие выступы на массивных стержнях должны выполняться комбинированно. Такие части изготовляются отдельно и потом вклеиваются в массивный стержень.
При определении границ стержня необходимо: назначить контуры знаков стержня; назначить размеры и зазоры по контуру знаков стержня.
Существенную роль в получении качественных отливок играет правильное определение границ стержней и стержневых знаков.
Для получения точных размеров внутренних полостей и отверстий в отливках стержни должны иметь достаточное число знаков. Выбирая конфигурацию и размеры стержневых знаков, следует учитывать легкость установки стержня в знаке; предотвращения сдвига стержня в направлении, перпендикулярном оси знака, вдоль этой оси или вокруг нее, что можно достигнуть при помощи различных конструкций «замков» стержневых знаков.
Уменьшение длины знаков может вызвать смятие знаков полуформы под весом стержня.
При заливке форм сплавами черных металлов или сплавами на медной основе стержень, имеющий меньший удельный вес, чем сплав, будет стремиться всплыть кверху, оказывая давление на знаки верхней полуформы. Это давление обычно больше, чем собственно давление стержня на нижние знаки.
Назначение контуров знаков стержня.
В процессе заполнения формы сталью стержень подвергается статическому давлению и динамическому удару. Статическое давление жидкой стали на стержень приводит к вытеснению его из стали (подъему).
Сила, благодаря которой стержень вытесняется кверху, равна весу вытесненной стержнем (без знаков) стали минус вес стержня.
В общем виде для определения этой силы можно использовать формулу
,
где Р – сила, поднимающая стержень в форме, кг; V – объем стержня, дм3; V1 – объем стали, вытесненной стержнем, дм3; γм – вес единицы объема жидкой стали, кг/дм3; γст – вес единицы объема стержня, кг/дм3.
Возможны сдвиги стержня, которые приводят к перекосу и образованию брака отливки за счет разностенности. Перемещение стержней может быть в направлении, перпендикулярном к оси и вдоль основной оси.
На рис. 30 приводится пример отклонения от оси (а) одного конца вертикального цилиндрического стержня на величину х.
Уменьшение отклонения стержня от осевой линии достигается: сокращением зазора между знаком стержня и знаком формы; увеличением высоты знака; раскреплением верхней части стержня жеребейками.
Рис. 30. Возможные перемещения вертикального стержня перпендикулярно основной оси
На рис. 31 приводится пример расположения стержня, при котором возможно всплывание его вверх. Когда сечение стержня II-II больше, чем сечение основания I-I, всплывание возможно. При наличии уровня металла в форме, равного Н, и равенстве сечения знака стержня сечению нижнего основания его возникает наибольшая опасность всплывания. Конструкция знака стержня в этом случае должна выполняться так, как это показано на рис. 31.
В этом случае соблюдается следующая зависимость
где Н, h – уровень металла в форме, см; γ – удельный вес жидкой стали, кг/дм3; g – вес стержня, кг;
где D1 – диаметр знака; D2 – наибольший диаметр стержня.
При D1 = D2 величина усилия, стремящаяся поднять стержень, будет отрицательная, и он не будет всплывать. На основании этих данных можно определить размеры знака стержня.
Для предохранения стержня от смещения в стороны могут быть использованы жеребейки.
Знаковая часть стержня должна выдерживать усилие собственного веса стержня и давление, возникающее от сил, стремящихся поднять его при заливке металла. Одновременно с этим она должна обеспечивать вывод из него газов. Для этого в знаковой части делаются каналы.
Длины стержневых знаков устанавливают по ГОСТ 3212-92.
При сифонном подводе металла, когда питатель соприкасается со знаковой частью стержня, размеры вертикального нижнего знака увеличиваются в зависимости от размеров питателя.
В случае подвода металла по горизонтальному знаку стержня длина знака увеличивается на ширину шлаковика.
Рис. 31. Конструкция знака, устойчивого против всплывания стержня при заливке формы: 1 – вентиляционный канал; 2 – линия разъема
При отсутствии верхнего знака высота нижнего может быть увеличена на 50 % против величины, взятой по ГОСТ 3212-92.
При формовке симметричных деталей на машинах допускается применение верхних и нижних знаков одинаковой высоты.
Устанавливаются также уклоны знаков, зазоры между знаком стержня и формы для облегчения установки стержня в форму.
Величина зазоров между формой и знаком стержня в зависимости от вида формовки, а также от положения стержня в форме даны в ГОСТ 3212-92 (рис. 32).
Рис. 32. Зазоры между стержнями и формой: а – горизонтального; б – вертикального; исполнение 1 – прямоугольное сечение (а + b)/2; исполнение 2 – круглое сечение диаметром D; S1, S2, S3 – зазоры между формой и знаком стержня; β, α – уклон для верхнего и нижнего знака стержня; L, l – длина рабочей части и знаков стержня соответственно; D, а, b – размеры сечения стержня
Зазоры между формой и знаком стержня для формовки по-сырому принимаются с поправочным коэффициентом 0,5-0,6. Если знаковая часть стержня или сам стержень соприкасаются со смежным стержнем (рис. 33), то зазор S4 принимать равным 1,3S1, который выбирается по ГОСТ 3212-92.
Если стержень собирается из двух половин, то зазор S5 между ними принимают равным (1,5-2,0)S1, по выбранному ГОСТ 3212-92.
Рис. 33. Зазоры между стержнями
Для предотвращения повреждения формы при сборке знаковые части модели выполняются с уклонами (рис. 34). Величину уклонов знаковых частей принимать по ГОСТ 3212-92.
Рис. 34. Уклоны знаковых частей модели и стержневых ящиков
При сифонном подводе металла, когда питатель соприкасается со знаковой частью стержня, размеры вертикального нижнего знака увеличиваются в зависимости от размеров питателя.
В случае подвода металла по горизонтальному знаку стержня длина знака l увеличивается на ширину шлакоуловителя с (рис. 35).
Рис. 35.
При отсутствии верхнего знака высота нижнего знака может быть увеличена на 50 % (рис. 36).
Рис. 36.
Стержневые знаки при соотношении L/D и 2L/(a+b) больше 5, рекомендуется делать в соответствии с рис. 37.
Рис. 37.
При формовке симметричных деталей на машинах допускается применение верхних и нижних знаков одинаковой высоты (рычаги, стойки, подшипники и др.).
Порядок выполнения работы.
Исходные данные для выполнения работы студент получает у преподавателя: эскиз детали, материал, условия производства. Эскизы деталей приведены в приложении 3, 4.
Необходимо определить рациональное положение отливки в форме, выбрать поверхность разъема формы для обозначенных условий производства. Обозначить на чертеже деталей число и контуры стержней, зазоры и уклоны знаковых частей, установку стержней в форме. Привести эскиз стержня с размерами.
Пример выполнения работы приведен на рис. 38, 39.
Рис. 38. Чертеж формы в сборе
Рис. 38. Чертеж элементов литейной формы