Производство заготовок. Литье. Серия учебных пособий. Книга 3. Проектирование и производство отливок (литых заготовок)

7)прибыли располагать только над массивными частями отливок или около них размещать боковые питающиебобышки;

8)не допускать наличия узких болванов (сужений) как в форме, так и в стержнях;

9)по возможности объединять заготовки с последующей их разрезкой.

1.2.3 Разработка и технология получения литой заготовки

Технология производства отливок слагается из следующих основных процессов:

-изготовление моделей и стержневых ящиков;

-приготовление формовочной и стержневой смеси;

-изготовление форм и стержней;

-сушка форм и стержней

-расплавление металла и заливка формы;

-выбивки отливок из форм и стержней из отливок.

Разработка технологии состоит из выбора и обоснования материала заготовки (отливки), способа литья, способа изготовления литейной формы, конструирования модели и стержневых ящиков, сушильных плит, литниковой системы, разработки последовательностей технологических операций формовки, сборки форм, заливки их металлом, очистки и обрубки отливок, методов и способов контроля качествалитойзаготовки.

1.2.4 Допуски размеров

Допустимые отклонения размеров отливок из сплавов черных металлов и приведены в таблице 3.

Технологичность конструкций отливок характеризуется условиями формовки, заливки формы жидким металлом, остывания, выбивки, обрубки. На выполнение основных операций технологического процесса получения отливки влияют уклоны, толщина стенок, размерные соотношения стержней н другие условия. Большое влияние на технологию последующей обработки отливок оказывает наличие в них отверстий. При массовом производстве в отливках обычно получают отверстия диаметром свыше 20 мм, при серийном - диаметром свыше 30 мм и при единичном - диаметром свыше 50 мм.

Обрабатываемые отверстия некруглого профиля выполняют литьем, если диаметры вписанных окружностей соответствуют приведенным выше нормам.

Уступы шириной более 25 мм и выемки глубиной свыше 6 мм на мелких
и средних отливках делают литыми. Если отношение толщины стенок
составляет 1:2, то переходные поверхности оформляют в виде галтелей, а для
извлечения моделей и болванов делают уклоны (таблицы 7, 8, 9).
Таблица 7 - Радиусы закруглений в отливках
				Наименьшие значения параметров
Эскиз			Параметр	для литья
				в песчаные формы	в кокили
			R	а/2	a/3
			R1	а+R	а+R
			с	2\/b-а	2\/b-а
			h	8с	8с
b	R
			R	(a+b)/4	(a+b)/6
R1		a	R1	R+(a+b)/2	R+(a+b)/2
			R	а/2	а/3
			R1 и R2	(a+b)/4	(a+b)/6
			C1	2\/b-а	2\/b-а
			h1	8с	8с
			C2	1,5\/b-а	1.5 \/b-а
			h2	12с	12c
Примечания

1Значения радиусов литых галтелей принимать равными 1, 2, 3, 5, 8, 10, 15, 20, 25, 30,40 мм.

2Число значений различных радиусов галтелей, применяемых в одной отливке должно быть минимальным.

Таблица 8 - Формовочные уклоны наружных поверхностей моделей или стержневых ящиков (по ГОСТ 3212-92)

		Уклоны (не более) для					Уклоны (не более) для
	Измеряемая	моделей				Измеряемая	моделей
		Выплавляе мых	Оболочковы е	Металли ческих	Деревян ных		Выплавляе мых	Оболочковы е	Металли ческих	Деревян ных
	высота					высота
	поверхности					поверхности
	модели, мм					модели, мм
	До 20	0°20'	0°45'	1°30'	3°00'	Св. 200 до 300	-	0°20'	О,30'	0°30'
	Св. 20 до 50	0°15'	0°30'	1°00'	1°30'	» 300 » 800 »	-	-	0°20'	0°30'
	» 50 » 100 »	0°10'	0°30'	0°45'	1°00'	»800 » 2000 »	-	-	-	0°20'
	»100 » 200	-	0°20'	0°30'	О,45'	»2000	-	-	-	0°15'

Примечания 1 Формовочные уклоны выполняются: а) на обрабатываемых поверхностях — сверх припуска на механическую обработку путем увеличения отливки; б) на необрабатываемых поверхностях, которые не сопрягаются с другими деталями, путем одновременного увеличения и уменьшения размеров отливки; в) на необрабатываемых поверхностях, которые сопрягаются с другими деталями, путем уменьшения, увеличения или одновременного увеличения и уменьшения размеров отливки. 2 Уклоны местных небольших утолщений (бобышек, планок) следует принимать 30-45°. 3 В ребрах жесткости уклон следует делать до 5-8°.

Таблица 9 - Формовочные уклоны литейных болванов (по ГОСТ 3212-

92)

Измеряемая	Уклоны (не более)		Измеряемая	Уклоны (не более) для
высота пове-	для моделей		высота пове-	моделей
рхности	Металли-	Деревян-	рхности	Металли-	Деревян-
модели Н, мм	ческих	ных	модели Н, мм	ческих	ных
До 20	3°	3°	Св. 100 до 300	0°45'	1°00'
Св. 20 до 50 »	2°	2°30'	» 300 » 800 »	0°30'	0°457
50 » 100	1°	1°30'	»800	-	0°30'

Примечания 1 Формовочные уклоны даны при d : h> 1. При соотношении d:h< 1, где d — диаметр или наименьшая ширина болвана, внутренние поверхности отливки могут быть выполнены стержнями. 2 Для болванов, снимаемых вместе с верхней опокой, формовочные уклоны могут быть увеличены в 2 раза. 3 Формовочные уклоны в стержневых ящиках рекомендуется выполнять равнозначными наружным уклонам

Предъявляемые к отливке требования по точности размеров зависят от ее функционального назначения, т. е. от условий, в которых литая деталь и ее отдельные элементы будут эксплуатироваться.

Рекомендуется следующее расположение полей допусков для размеров элементов отливки:

-односторонне — «в тело» для элементов отливки, расположенных в одной части формы и не подвергаемых механической обработке; при этом для охватывающих элементов типа «отверстие» - «в плюс», а для охватываемых типа «вал» — «в минус»;

-симметричное — для всех остальных размеров отливок, не подвергаемых, а также подвергаемых механической обработке.

Точность размеров отливок зависит не только от технологии производства, но и от наибольшего габаритного размера отливки и ее сложности. При этом в одной и той же отливке точность отдельных се элементов неодинакова, так как зависит от условий формирования этих элементов в форме. Классификация отливок по сложности предусматривает деление их на пять групп сложности.

1)	2)	3)

4)

5)

Рисунок 4 - Виды отливок для классификации по группам сложности (цифры у эскизов соответствуют группе сложности)

Кгруппе 1 относятся отливки простой геометрической формы: плоские, круглые или полусферические; наружные поверхности - гладкие или плоские с наличием невысоких ребер, бобышек, фланцев, отверстий, выступов и углублений. Наружные поверхности изготовляют без стержней или съемных частей. Внутренние полости неглубокие; выполняются преимущественно «болваном» или простым стержнем; внутренняя поверхность гладкая, без выступов или углублений (рисунок 4 - 1).

Кгруппе 2 относятся отливки в виде сочетания простых геометрических тел, плоские, круглые или полусферические, открытой коробчатой формы. Наружные поверхности плоские и криволинейные с наличием ребер, буртов, кронштейнов, бобышек, фланцев с отверстиями и углублениями простой конфигурации с внутренними полостями большой протяженности или высокие. Отдельные части выполняются с использованием стержней (рисунок 4 - 2).

Кгруппе 3 относятся отливки открытой коробчатой, сферической, полусферической, цилиндрической и других форм. Наружные поверхности — криволинейные и плоские с наличием нависающих частей, ребер, кронштейнов, бобышек, фланцев с отверстиями и углублениями сравнительно сложной конфигурации. Часть отливки выполняют с использованием стержней.

Внутренние полости отдельных соединений геометрических фигур — большой протяженности или высокие с незначительными выступами или углублениями, расположенными в одном и двух ярусах со свободными широкими выходами полостей (рисунок 4 - 3).

Кгруппе 4 относятся отливки закрытой и частично открытой коробчатой

ицилиндрической формы. Наружные поверхности - криволинейные и плоские с примыкающими кронштейнами, фланцами, патрубками и другими конструктивными элементами различной конфигурации. Многие части поверхности или вся поверхность могут выполняться стержнями. Внутренние части имеют сложную конфигурацию со значительными выступами и углублениями и расположены в один-два яруса и имеют один-два свободных выхода (рисунок 4 - 4).

Кгруппе 5 относятся отливки закрытой коробчатой формы. Наружные поверхности - криволинейные, сложной конфигурации, с примыкающими и пересекающимися кронштейнами, фланцами, патрубками и другими конструктивными элементами. Для получения наружной поверхности могут применяться стержни. Внутренние полости имеют сложную конфигурацию с криволинейными поверхностями, пересекающимися под различными углами, с выемками и выступами (рисунок 4 - 5).

В зависимости от условий формирования элементов отливки в форме установлено три вида размеров (рисунок 5):

ВР1 — размеры элементов отливки, образованные одной частью формы или одним стержнем (рисунок 5 а - размеры L1, L2, d1, d2 и размер L);

ВР2 - размеры элементов отливки, образованные двумя полуформами, а также перпендикулярные плоскости разъема (рисунок 5 а размеры D1 , D2, и размер H);

ВРЗ — размеры элементов отливки, образованные тремя или более частями формы, несколькими стержнями или подвижными элементами формы, а также толщины стенок, ребер, фланцев (рисунок 5 б - размеры h1, h2 и размеры b1, b2, b3).

3

4

5

1

5

6

2

а—отливка, полученная со стержнями; б – отливка, полученная с болваном

1 – верхняя полуформа; 2 – нижняя полуформа;

3 – первый стержень; 4 – второй стержень; 5 – отливка; 6 - болван

Рисунок 5 - Размеры отливки со стержнем (а) и с болваном (б)

Точность размеров конкретной отливки (рисунок 6) зависит от ее сложности, наибольшего габаритного размера, вида размера и условий производства.

Рисунок 6 - Эскиз отливки ступица заднего колеса

Квалитеты точности для размеров отливок из черных и цветных сплавов выбирают по таблице 6.

Точность размеров отливки указывают непосредственно у каждого

326О 326

326

размера или общей надписью.

1.3 Материал заготовок

Основным материалом машиностроения являются металлы.

Металлы – кристаллические тела, атомы которых расположены в геометрически правильном порядке, образуя кристаллы.

Все металлы подразделяются на два класса:

1)черные

2)цветные.

К черным относят сплавы на основе железа (сталь, чугун). Основные свойства черных металлов определяются количеством углерода. Сплавы с содержанием углерода до 2,14 % - стали, а выше – чугуны.

Цветные металлы подразделяют на тяжелые (Cu, Pb, Sn, Ni и др.), легкие

(Al, Mg и др.), редкие (W, Md), благородные (Ag, Au, Pt).

Цветные металлы обладают многими ценными свойствами, которые определяют применение их в промышленности. Однако, вследствие большой трудоемкости при их получении и высокой стоимости, объем их потребления в машиностроении незначителен и по возможности их стараются заменить черными металлами, пластмассами и синтетическими материалами.

1.3.1 Свойства металлов

При выборе материала для конструкции исходят из комплекса свойств, которые подразделяют на механические, физико-химические, технологические

иэксплутационные.

Кмеханическим относят: - прочность; - твердость;

-износостойкость;

-пластичность.

Прочность – способность материала сопротивляться деформации или разрушению. Показателем прочности является предел прочности:

δd = Р/ F0

где Р – нагрузка разрушения стандартного образца, Н; F0 - площадь поперечного сечения, мм2.

Пластичность – способность твердых тел изменять форму и размеры без разрушения под действием внешней нагрузки. Пластичность определяется максимальным относительным удлинением при разрыве:

δ = ((l-l0 )/l)100 %

где l - длина после разрыва, мм; l0 - первоначальная длина, мм.

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого тела, например шарика.

Износостойкость – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием поверхностного трения.

Кфизико-химическим свойствам относят: - температуру плавления; - плотность;

- электро- и теплопроводность.

Ктехнологическим свойствам относят их способность поддаваться различным способам обработки (литейные свойства, ковкость, свариваемость, обрабатываемость режущими инструментами).

1.3.1.1Структура металла

Все металлы, как и большинство твердых материалов, имеют кристаллическое строение. Характерным признаком кристалла является твердое состояние до температуры плавления, причем плавление - процесс изотермический.

В кристаллической решетке можно выделить элементарный объем, состоящий из минимального количества элементарных частиц (атомов, ионов, молекул), который многократно повторяется.

От характера взаимодействия частиц зависят электрические, магнитные, тепловые, оптические свойства материала, его температура плавления, испарения и другие свойства.

Существует 7 разновидностей кристаллических решеток, а для металлов наиболее характерны три:

-объемно-центрированная кубическая (ОЦК), ее имеет Cr, W, Mo;

-гранецентрированная кубическая (ГЦК), ее имеет Ni, Cu, Al;

-гексагональная плотноупакованная (ГПУ), ее имеет Ti, Zn. Кристаллическая решетка характеризуется расстоянием по осям

координат (а, в, с - период решетки), углами между ними (α,

β,

γ ) и

секущей плоскостью, характеризуемой величиной обратной к периоду при пересечении с соответствующей осью, изменяется в пределах 0, 1 и 2, обозначается, например, (111) или (102).

Фактически, между атомами соединяющих линий нет, атомы соприкасаются электронными оболочками и находятся в постоянном движении (колеблются).

Всем кристаллам присуща анизотропия (неравномерность) свойств по разным направлениям, однако она сильно проявляется в монокристаллах.

Сплавы в большинстве своем представляют поликристаллы, причем каждый кристалл расположен хаотично, а в целом они образуют поликристалл, в котором отсутствует анизотропия свойств.

1.3.1.2 Методы исследования структуры металлов и сплавов

Для изучения строения металлов и сплавов в современном металловедении используют разнообразные методы исследования, наиболее часто применяют три метода:

-макроскопический;

-микроскопический;

-рентгено-структурный метод анализа.

Макроскопический анализ применяют для изучения макроструктуры, метод позволяет определить общую картину строения металла в больших объемах.

Макроанализ проводят по излому (хрупкий, вязкий, усталостный) и на специальных макрошлифах путем травления специальными реактивами (выявляется фазовая и химическая неоднородность, текстура деформации и дефекты, нарушающие сплошность металла).

Микроанализ применяют для изучения микроструктуры, а между ней и многими свойствами металла существует прямая качественна связь. Он позволяет определить величину и форму зерен, выявить структуру, характерную для некоторых видов обработки, обнаружить мельчайшие пороки металла (микротрещины, мельчайшие включения и т. д.). Для этого анализа готовят микрошлиф (шлифуют, полируют, подвергают травлению специальными реактивами или тепловым травлением (окислением)). Проводят исследования на металлографическом микроскопе, а также на электронном микроскопе в проходящем или отраженном (растровом) свете.

Рентгеноструктурный анализ: узкий пучок монохроматических рентгеновских лучей подают на исследуемый образец. Он отражается от атомных плоскостей, на фотопластине образуется система концентрических окружностей. Число и взаимное расположение окружностей и их интенсивность позволяют установить расположение атомов в кристаллическом теле и рассчитать расстояние между ними. Сравнивая рентгенограммы до и после обработки, можно выявить изменения в образце.

Наряду с указанными анализами проводят и физические методы исследования, т.к. по изменению физических свойств можно судить о превращениях в сплавах, которые протекают в сплаве при его обработке или изменении состава. Чаще рассматривают зависимость физических свойств от температуры состава и времени.

Термический анализ – по кривым нагрева или охлаждения наблюдают фазовые превращения.

Дилатометрический метод – основан на изменении объема при фазовых превращениях (наблюдается резкий изгиб прямой удлинения).

Электрометрический метод – измерение электросопротивления при фазовых изменениях скачек.

Также используют методы: магнитометрический, механических испытаний, радиоактивных изотопов (меченых атомов), люминесцентный, ультразвуковой.