Глава VI Технологичность конструкций литых деталей

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ

Под технологичностью конструкций литых заготовок понимают совокупность свойств, позволяющих получать качест­венные отливки с минимальными затрата­ми труда, средств, материалов и времени в принятых условиях производства, обеспе­чивая необходимую плотность стенок, точность размеров, механические и экс­плуатационные свойства, определяющие функциональное назначение литой детали, а также обеспечение технологичности из­готовления из литой заготовки детали ме­ханической обработкой.

При конструировании литых деталей необходимо учитывать все современные достижения литейной технологии, т.е. конструирование литых деталей должно быть тесно увязано с предполагаемой тех­нологией их изготовления. Следовательно, конструктор литой детали должен иметь представление о технологических процес­сах изготовления отливок, руководство­ваться общими принципами, отражающи­ми специфику технологического процесса при проектировании литых деталей.

При разработке технологичной литой детали конструктору приходится учиты­вать много различных факторов, влияющих на технологичность. К ним относят физи­ко-химические, литейные, специальные и другие свойства; технологические особен­ности выбранного способа изготовления отливки - точность размеров, шерохова­тость поверхностного слоя, припуск на ме­ханическую обработку, структуру и меха­нические свойства отливки, сложность ее конфигурации и т.д.; максимальное умень­шение массы отливки, что достигается улучшением конструктивной проработки детали (расчетом конструктивных элемен-

тов детали, унификацией использованием сплавов с более высокими показателями механических свойств), а также повышени­ем точности размеров отливок, уменьше­нием припусков на механическую обработ­ку, уменьшением толщин стенок и т.д.

Оценка технологичности конструкции осуществляется коэффициентом исполь­зования металла (КИМ), коэффициентом необработанной поверхности (КНП), ко­эффициентом габаритности (К) и другими показателями.

Коэффициент использования металлов -отношение массы готовой детали (AQ к массе заготовки (М₃). Он показывает коли­чество металла, удаляемое при механиче­ской обработке отливки (КИМ = М_д I А/,). Показатель КНП = F_H I F_o6ul - отношение необработанной поверхности (F_H) ко всей поверхности (F_o6m) - характеризует геомет­рическую точность изготовления детали и качество ее поверхностного слоя. Показа­тель К = А • Б • В / М_отл - отношение произ­ведения габаритных размеров (А - длина, Б - ширина, В - высота отливки, дм) к мас­се отливки (М_отл, кг) - показывает влияние произведения габаритных размеров на тех­нологичность отливки. Чем меньше этот показатель, тем технологичнее отливка.

В технологичных конструкциях литых деталей должны быть предусмотрены простые, прямолинейные контуры, облег­чающие изготовление литейной оснастки и самих отливок; минимально допустимые толщины стенок в различных сечениях отливок, обеспечивающие необходимую прочность элементов конструкции и хо­рошую заполняемость полости формы расплавленным металлом без образования дефектов по недоливам и спаям; плавные переходы и сопряжения, ребра жесткости и другие конструктивные элементы, спо­собствующие снижению остаточных на­пряжений и предупреждению усадочных дефектов; достаточное количество окон и отверстий для прочного крепления стерж-

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ

215

ней при оформлении внутренних полос­тей, удобства удаления стержней из от­ливки и выполнения других отделочных операций; конструктивные уклоны на бо­ковых поверхностях, обеспечивающие изготовление отливок без искажения кон­туров формовочными уклонами и увели­чения массы отливок за их счет. Кроме того, отливки на наружной поверхности не должны иметь выступающих частей, тон­костенных ребер, глубоких впадин, закры­тых полостей и поднутрений, затрудняю­щих изготовление литейной формы, очи­стку и обрубку отливок.

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ С УЧЕТОМ ЛИТЕЙНЫХ СВОЙСТВ СПЛАВОВ

Минимальную толщину х необрабаты­ваемых стенок отливок, обеспечивающую заполнение песчаной формы расплавленным металлом, определяют по диаграмме (рис. 4.59) в зависимости от габаритных размеров:

N=(2l + b + h)/3,

где /, Ъ, h - длина, ширина, высота отлив­ки, мм.

Толщину внутренних стенок и ребер принимают на 10 ... 20 % меньше толщи­ны наружных стенок.

Получение отливок без усадочных де­фектов достигается созданием конструк­ции отливок с равномерной толщиной стенок без большого скопления металла в отдельных местах. Равномерность толщи­ны стенки и скопление металла определя­ют диаметром вписанной окружности (рис. 4.60, а, 6). Желательно, чтобы соот­ношение диаметров вписанных окружно­стей в близкорасположенных сечениях не превышало 1,5. Это достигается уменьше­нием радиуса галтели с помощью углуб­лений в стенках отливки (рис. 4.60, в), смещением одной стенки (рис. 4.60, г); если это невозможно, то следует преду­смотреть отверстие (рис. 4.60, д).

х,мм 50

30

20

15

12

10

8

6 5 4

3 2.5

2

								Y
						2 ^
			i^
						^4
		>Г
		^3

70 100 150 300 500 700 1000 2000 Л/,мм

Рис. 4.59. Диаграммы для определения минимальной толщины стенок отли­вок из различных сплавов: / - стали; 2 - серого чугуна; 3 - бронзы; 4 -алюминиевых сплавов

В

[27/tf>1,5 jjffin/d>%5 d

а) б) в) г)

Рис. 4.60. Устранение местного скопления металла в стенках отливки

216

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Рис. 4.61. Конструкции литых деталей, обеспе­чивающих одновременное (а) и направленное (б) затвердевание отливок: / - прибыль; 2 - отливка

Отливки, затвердевающие одновре­менно, должны иметь равномерную тол­щину стенок с плавными переходами (рис. 4.61, а). Принцип одновременного затвер­девания применяют при конструировании мелких и средних тонкостенных отливок из чугуна и других сплавов.

При направленном затвердевании (рис.

4.61, 6) верхние сечения отливок питаются от прибылей. Принцип направленного затвердевания применяют при конструи­ ровании литых деталей с повышенными требованиями к герметичности отливок.

Для снижения литейных напряжений необходимо обеспечить свободную усадку элементов отливки. На рис. 4.62, а показа­на конструкция корпусной детали с пере­городками, которые затрудняют процесс усадки, что вызывает большие литейные напряжения. Изменение конструкции (рис.

4.62, 6) обеспечивает свободную усадку. Придание перегородкам конической фор­ мы (рис. 4.62, в) также снижает усадочные напряжения.

В конструкции литой детали (рис. 4.62, г) из-за недостаточной жесткости появляют­ся коробления, которые могут быть устра­нены путем установки ребер жесткости (рис. 4.62, д). Кроме того, кромки стенок большой протяженности усиливают бурти­ком (рис. 4.62, е) толщиной Ъ = (0,5 ... 0,8) а и шириной b = 2а.

hr hT e)

г) д)

Рис. 4.62. Конструкции литых деталей, сни­жающих усадочные напряжения в отливках

3. КОНСТРУИРОВАНИЕ

ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ, ИЗГОТОВЛЯЕМЫХ

ЛИТЬЕМ В ПЕСЧАНЫЕ ФОРМЫ

Конструирование внешней поверх­ности литой детали. Внешние контуры отливки обычно представляют собой со­четание простых геометрических тел с преобладанием плоских прямолинейных поверхностей, сочленяемых плавными переходами (рис. 4.63). Кроме того, необ­ходимо стремиться к уменьшению габа­ритных размеров и особенно высоты ли­той детали. Это облегчает изготовление модельного комплекта, а также процессы формовки, сборки форм и очистки отли­вок. При этом отливка имеет один пло­ский разъем и располагается по возмож­ности в одной полуформе. Например, при изготовлении отливки, показанной на рис. 4.64, а, требуется сложный разъем. Разъем формы упростится, если конструкцию ли­той детали изменить, как показано на рис. 4.64, б.

Контуры литых деталей должны обес­печивать формовку без дополнительных стержней. На рис. 4.64, в показана конст­рукция отливки, при формовке которой требуются стержни. После изменения кон­струкции детали (рис. 4.64, г) отпала не­обходимость применения стержней, упро­стилась формовка.

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ

217

Н>Ь(С-а)

г.=

А+а

1 5

А+а ^гг 4

h>¥c-a)

Л>4(С-а)

-чТ foS(C-a)

Рис. 4.63. Рекомендуемые переходы от одной стенки к другой в литых деталях: а~А1а< 1,75; б~А1а>\,15

Ст.1

Ст.2 С,т.З Ст.1

УГТС

а) б)

в) г)

Рис. 4.64. Нетехнологичные (а, в) и технологичные (6, г) конструкции литых деталей

Необрабатываемые поверхности отли- ные уклоны, а отверстия получать с по-

вок, перпендикулярные к плоскости разъе- мощью стержня. Изменение конструкции

ма, должны иметь конструктивные уклоны. отливки (рис. 4.65, б, г) позволило облег-

При изготовлении отливок (рис. 4.65, а, в) чить формовку и одновременно получить

необходимо предусматривать формовоч- отверстия с помощью песчаного болвана.

218

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

RjJHfi i*t|rnfi

в)

г)

я)

б)

Рис. 4.65. Влияние конструктивных уклонов на упрощение технологического процесса изготовле­ния отливок

_MP

1

\ь^в

<>>>>>>>»'»'\

>>>>>>>> >)}j^/j>>>//>>>>_ff:

unit)

^

f/J/Z/V/i

. .,

j?

Ч}„Г IJ f 111ILLLU.

imimirm

Рис. 4.66. Нетехнологичные (/) и технологичные (2) конструкции бобышек, ребер, фланцев и отверстий в отливках

Бобышки, приливы и другие выступаю- стержне, не допуская пересечения их

щие части необходимо конструировать так, плоскостью разъема формы. чтобы не затруднять извлечение модели из Конструирование внутренних полос-

формы. На рис. 4.66 показаны варианты тей литых деталей. Внутренние полости

технологичных и нетехнологичных конст- сложных отливок необходимо изготовлять

рукций отливок. При изготовлении нетех- с минимальным числом стержней. На

нологичных отливок требуется применение рис. 4.67, а показан пример конструкции

в моделях отъемных частей или стержней, литой детали, для изготовления которой

что усложняет процесс формовки. требуется применение двух стержней, а на

Базовую и обрабатываемые поверхно- рис. 4.67, б - одного стержня (более тех-

сти располагают в одной полуформе или нологичная конструкция).

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ

219

Ст.1 1 Ст.2

Ст.1

Ст. 2

$ш&

_{э стА-т»}

{Ц((<уу\<ц<и.

_щ

б)

в) г)

Рис. 4.67. Конструкции нетехнологичных (а, в) и технологичных (б, г) литых деталей

г) Рис. 4.68. Устройство пазов и узких полостей в конструкциях литых деталей

В конструкции литой детали должно быть достаточное число окон для прочно­го крепления стержней в форме, для уда­ления газов из стержня и удобства выбивки стержней из отливок. При изготовлении отливки (рис. 4.67, в) стержень Ст. 2 в форме крепится с помощью жеребеек /, из этого стержня затруднен выход газов, что может привести к образованию газовых раковин в отливках. Кроме того, затруд­нена выбивка его из отливки. Изменение конструкции литой детали (на рис. 4.67, г стержень Ст. 2 в форме крепится без же­ребеек) обеспечивает беспрепятственное удаление газов из стержней и облегчает выбивку стержней из отливки.

В конструкциях литых деталей следует избегать пазов и узких полостей (рис. 4.68, а, в), при выполнении которых воз­можно образование песчаных раковин из-за разрушения стержней потоком расплав­ленного металла при заливке его в форму. Устранить такие пазы и узкие полости можно изменением конструкции литой детали (рис. 4.68, б, г).

Минимальные диаметры отверстий в отливках при их изготовлении в песчаных формах выбирают в зависимости от мате-

риала литой детали и толщины стенок. Например, для чугунных отливок при толщине стенки 10 мм минимальный диа­метр отверстия, получаемого стержнем, составляет 8 мм, а при толщине стенки более 10 мм - 20 мм.

4. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ СПЕЦИАЛЬНЫМИ СПОСОБАМИ ЛИТЬЯ

Для литья в оболочковые формы кон­струкция детали должна удовлетворять следующим требованиям: конфигурация литой детали должна обеспечивать полу­чение отливки с одной плоской поверхно­стью разъема и без отъемных частей; оп­тимальная толщина стенок должна быть 2 ... 8 мм; в отливках допускаются отвер­стия диаметром 6 мм при толщине стенок 10 ... 12 мм; радиусы скруглений в зави­симости от толщины стенок отливок при­нимают 1, 2, 3, 5, 8 или 10 мм, точность размеров отливок находится в пределах 5 ... 11 классов (ГОСТ 26645-85), а пара­метр шероховатости Rz 160 ... 20 мкм.

220

литейное производство

При получении отливок литьем по вы­плавляемым моделям литая деталь должна удовлетворять следующим требованиям: минимальная толщина может быть 0,6 ... 0,7 мм, наиболее часто толщина стенок составляет 2 ... 5 мм при соотношении толщин стенок 1:4; внутренние полости отливок следует выполнять без уширения внутри детали; в стальных литых деталях могут быть получены отверстия диамет­ром 1,5 мм в стенках толщиной 1,5 мм; в местах расположения отверстий под кре­пежные элементы стенки литых деталей упрочняют бобышками, которые распола­гают на внешних поверхностях отливок; сопряжения стенок следует выполнять радиусами 1, 2, 3, 5, 8 или 10 мм; глубина пазов у литых деталей не должна превы­шать их двойной ширины; точность разме­ров отливок находится в пределах 3 ... 7 классов (ГОСТ 26645-85), а параметр шероховатости Rz 80 ... 10 мкм.

При литье в кокиль конфигурация ли­той детали должна иметь простую форму, без выступающих частей: минимальная толщина стенок чугунных отливок состав­ляет 4 ... 5 мм, стальных не менее 8 мм, для цветных 2,2 ... 4,0 мм; следует преду­смотреть плавные переходы от тонких сечений к массивным; толщина ребер же­сткости литых деталей должна составлять 0,7 толщины стенки отливки; в чугунных отливках металлическими стержнями мо­гут быть получены отверстия диаметром 40 мм, а в отливках из легких сплавов - не менее 5 мм; ребра, бобышки и другие вы­ступы необходимо располагать перпенди­кулярно к плоскости разъема формы; точность размеров отливок должна находиться в пределах 4 ... 12 классов (ГОСТ 26645-85), а параметр шероховато­сти #z 320 ... 20 мкм.

Конструкции литых деталей, получае­мых литьем под давлением, должны удов­летворять следующим требованиям: внут­ренние полости и отверстия литых деталей должны позволять их получение металли­ческими стержнями; минимальная толщи­на стенок литых деталей из легких спла­вов площадью поверхности 25 мм² может быть не менее 1 мм, в деталях с площадью поверхности 100 ... 225 мм² - 2 мм, а для отливок площадью 400 ... 1000 мм² - 4 мм; при недостатке прочности или жесткости стенки усиливают ребрами толщиной 0,8 ... 0,9 толщины стенок; радиусы со­пряжений стенок литых деталей должны быть равными сумме толщин сопрягаемых стенок; следует избегать в литых деталях выступов и выемок, требующих примене­ния составных и подвижных стержней при изготовлении отливок; целесообразно в конструкции детали применять арматуру; точность размеров отливок должна быть 3 ... 7 классов (ГОСТ 26645-85), а пара­метр шероховатости Rz 40 ... 10 мкм.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Рассмотрите основные принципы конст­руирования литых деталей с учетом литейных свойств сплавов.

2. Какой должна быть внешняя поверхность литой детали?

3. Какие принципы должны быть соблюде­ны при конструировании внутренних полостей литых деталей?

4. В чем заключаются особенности конст­рукций литых деталей, получаемых литьем в оболочковые формы и литьем по выплавляе­мым моделям?

5. В чем заключаются особенности конст­рукций литых деталей, получаемых литьем в кокиль и под давлением?

РАЗДЕЛ

₅

СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО