А.А. Кречетов Проектирование литых заготовок

10

Продолжение табл. 3

•Выступы и бобышки на стенках отливок должны располагаться на внешних поверхностях отливки.

Литье под • Все перечисленное для литья в песчано-глинистые давлением формы.

•Все перечисленное для литья в кокиль.

•Необходимо стремиться к уменьшению толщины стенок, при этом более прочные отливки получают не увеличением толщины стенок, а применением ребер жесткости.

•Стенки, по возможности, должны иметь равную толщину. В противном случае в утолщенных сечениях возможно возникновение дефектов пористости, снижающих герметичность и прочность детали.

9.2.Допустимая толщина стенок отливки

Толщина стенок отливки должна быть не менее минимальной, определяемой материалом, габаритными размерами отливки и теплофизическими характеристиками литейной формы. В противном случае возможно возникновение недолива.

Габаритный размер отливки N определяется по формулам

	N =	2l +b +h		– для прямоугольных в плане отливок;	(1)
		3
	N =	3d +h	– для круглых в плане отливок,		(2)
		3

где l , b, h , d – длина, ширина, высота и диаметр отливки соответственно.

Условно принимают, что при N <200 мм отливка является мелкой, при 200< N <1000 мм – средней, при N >1000 мм – крупной. Минимальные толщины стенок отливки приведены в табл. 4.

В табл. 4: ЛПГФ – литье в песчано-глинистые формы; ЛОФ – литье в оболочковые формы; ЛК – литье в кокиль; ЛВМ – литье по выплавляемым моделям; ЛД – литье под давлением.

11

Таблица 4

Минимальные толщины стенок отливок, мм

Сплав	Размер		Способ литья
		ЛПГФ	ЛОФ	ЛК		ЛВМ	ЛД
	отливки
Чугун	мелкий	4-5	2,5-4	4-6		-	-
	средний	6-10	4-8	8-10		-	-
	крупный	12-20	10-15	-		-	-
Сталь	мелкий	5-6	3-4,5	8-10		2-4	-
	средний	8-12	5-10	12-15		4-6	-
	крупный	15-30	12-18	20-30		-	-
Сплавы меди	мелкий	3-4	2,5-4	4-6		-	1,5-2,5
	средний	5-8	3-8	8-10		-	-
	крупный	10-15	8-12	-		-	-
Сплавы алюминия	мелкий	2,5-4	2,5-4	2,5-4		-	1-1,6
	средний	5-8	4-7	3-5		-	2-3
	крупный	10-15	8-10	6-10		-	-

9.3. Минимальный диаметр отверстий, выполняемых в литье

Отверстия, выполняемые в литье должны иметь диаметр больший, чем минимально допустимый для данного способа литья и материала dmin (табл. 5).

					Таблица 5
	Минимальные диаметры отливаемых отверстий
Способ		Материал	dmin , мм	При глубине отверстия
				глухого	сквозного
литья
ЛПГФ		Чугун	10	l ≤ 3d	l ≤6d
		Сталь	15-20
ЛОФ		Чугун, сталь	8-10	l ≤ 5d	l ≤10d
ЛК		Чугун	10	l ≤ 2d	l ≤ 3d
		Сталь	12
ЛВМ		Сталь	6	l ≤ 2d	l ≤ 3d
ЛД		Алюминиевый	2-3	l ≤ 4d	l ≤ 8d
		сплав

12

При принятии решения о выполнении или невыполнении отверстия в отливке следует принимать во внимание, что наличие отверстия способствует выравниванию толщины стенок отливок и это благоприятно сказывается на свойствах отливки. Однако получение отверстия связано с дополнительными затратами. Для литья в ПГФ это затраты на изготовление модельной оснастки, сборку и контроль литейной формы, выбивку стержней и т.д.

9.4. Переходы между элементами отливки

Переходы между стенками отливки должны выполняться закругленными, причем радиус сопряжения зависит от типа соединения, материала отливки и толщин сопрягаемых элементов.

Значения геометрических параметров сопряжений элементов для отливок из чугуна и алюминиевых сплавов приведены в табл. 6. Для отливок из стали и медных сплавов значения геометрических параметров увеличивают на 15-20 %.

Определенные значения геометрических параметров сопряжений элементов округляют до ближайшего значения из нормального ряда чисел: 1, 2, 3, 5, 8, 10, 16, 20, 25 и т.д.

				Таблица 6
	Геометрические параметры сопряжений элементов отливки
	Соотношение толщин сопрягаемых элементов			Значения гео-
	A / a ≤1,75	A / a >1,75		метрических
				параметров
		A
	A			C ≈0,6 A
		h		h ≥6(C −a)
				r ≈ (A +a)/ 4
		1		r1 ≈ (A +a)/ 5
	r	r	R
	a		a	R ≈ (A +a)/ 2
		R
	R
		C

A

r

a

A	r

a

a	A
	r
	r
a	A

13

			Продолжение табл. 6
A	h		C ≈0,6 A
	1		h ≥ 4(C −a)
	r	R	r ≈ (A +a)/ 4
C			r1 ≈ (A +a)/ 4
			a
			R ≈ (A +a)/ 2

	h		C ≈0,6 A
A	r1	R	h ≥ 4(C −a)
			r ≈ (A +a)/ 4
C		a	r1 ≈ (A +a)/ 5
			R ≈ (A +a)/ 2

	R
a
	h
R	H
a

A

R

A

R

h ≥ 4(0,6 A −a) H ≥6(0,6 A −a) r ≈ (A +a)/ 4 R ≈ (A +a)/ 2

9.5. Литейные уклоны

На все поверхности, перпендикулярные плоскости разъема, назначаются литейные уклоны. Наличие литейных уклонов обусловлено особенностями технологии литья. В случае литья в песчано-глинистые формы уклоны предназначены для предотвращения разрушения формы при извлечении модели, в случае литья в кокиль – для облегчения извлечения отливки из кокиля и т.д. Величина уклонов зависит от высоты поверхности, способа изготовления отливки и определяется по ГОСТ 3212-92. Для отливок, изготавливаемых литьем в кокиль, величину уклонов увеличивают в 3 раза по сравнению с величинами, определенными по ГОСТ 3212-92.

14

9.6. Пример отработки конструкции на технологичность

В качестве примера рассмотрим отработку на технологичность конструкции отливки крышки для литья в песчано-глинистые формы.

Конструкция отливки (рис. 3) обеспечивает возможность формовки по модели без отъемных частей. Отсутствуют сложные фасонные поверхности, конфигурация отливки простая. Конструкция отливки позволяет изготавливать центральное отверстие при помощи стержня на двух знаках, что обеспечивает отвод газов и удобство установки стержня. Серый чугун относится к сплавам с малой склонностью к усадке, толщина стенок отливки практически одинакова, что обеспечивает одновременное затвердевание и уменьшает вероятность образования усадочных раковин и усадочной пористости. Последнее является особенно важным с точки зрения обеспечения требуемых эксплуатационных свойств (в первую очередь герметичности крышки).

Габаритный размер отливки составляет N =(3 180+60)/3=200 мм. Соответственно это мелкая отливка. Для литья чугунов в песчаноглинистые формы минимальная толщина стенок отливки составляет 4- 5 мм. В отливке толщина стенок больше минимально допустимой, следовательно, увеличивать толщину стенок не требуется.

Для литья чугунов в песчано-глинистые формы минимальный диаметр отливаемых отверстий составляет 10 мм, а значит, можно получить в литье центральное отверстие диаметром 60 мм и четыре отверстия диаметром 10 мм. Получение центрального отверстия способствует выравниванию толщин стенки отливки, снижению затрат на дальнейшую механическую обработку отливки. Выполнение в литье отверстий диаметром 10 мм приведет к удорожанию модельной оснастки, увеличению трудоемкости сборки и контроля литейной формы, возникновению вероятности появления брака вследствие разрушения тонких песчано-глинистых стержней струей расплавленного металла. Поэтому отверстия диаметром 10 мм в отливке выполняться не будут.

Переходы между стенками отливки должны быть закруглены для предотвращения концентрации напряжений и появления трещин (радиусы r2 и r4 на рис. 3). Так как отношение толщин сопрягаемых сте-

нок мало (16/10=1,6), то r2 = r4 =(16+10)/4=6,5 мм. Округляем найден-

ное значение до ближайшего	числа из нормального ряда чисел –
r2 = r4 =8 мм. Радиусы r1 , r3 и r5	принимаем равными радиусам r2 и r4 .

15

На поверхности, перпендикулярные плоскости разъема (поверхности 3, 5, 9 на рис. 1), назначаем уклоны α3 , α5 , α9 (рис. 3) по ГОСТ

3212-92.

			Таблица 7
	Назначение литейных уклонов
№ поверхности		Высота поверхности	Уклон
3		16 мм	1°30′
5		39 мм	1°
9		5 мм	1°30′
r1

	r3	r2
		α5

r4

r5	α3
	α9

Рис. 3. Отработка конструкции отливки крышки на технологичность

10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИПУСКОВ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ И ДОПУСКОВ НА РАЗМЕРЫ ОТЛИВКИ

Определение припусков на механическую обработку и допусков на размеры отливки производят по ГОСТ 26645-85 для всех способов получения отливки. Величины припусков и допусков зависят от выбранного способа литья, габаритных размеров отливки, рода литейного сплава. Последовательность определения припусков и допусков:

•определение класса размерной точности отливки (прил. 1, табл. 9 в ГОСТ 26645-85);

16

•определение допусков размеров отливки (табл. 1 в ГОСТ 2664585);

•определение степени коробления элементов отливки (прил. 2,

табл. 10 в ГОСТ 26645-85);

•определение допусков формы и расположения элементов отливки (табл. 2 в ГОСТ 26645-85);

•определение общих допусков элементов отливки (прил. 8, табл. 16 в ГОСТ 26645-85);

•определение степени точности поверхностей отливок (прил. 3,

табл. 11 в ГОСТ 26645-85);

•определение ряда припусков на обработку отливок (прил. 6,

табл. 14 в ГОСТ 26645-85);

•в случае, если поверхность является обрабатываемой, определение общих припусков на обработку (табл. 6 в ГОСТ 26645-85).

Размер отливки складывается из номинального размера детали и припуска на обработку. Припуск на обработку, найденный по ГОСТ 26645-85, – это припуск на одну сторону. Если рассматриваемый размер – диаметр, то к нему прибавляется два припуска, если радиус – один припуск. Линейные размеры отливки определяются исходя из вида размерной цепи (рис. 4).

Припуск на размер L3

		LO1
Припуск на	LO2	LO3
размер L2

Припуск на размер L1

L2

L3

L1

Рис. 4. К расчету линейных размеров отливки

17

Линейные размеры отливки для размерной цепи, показанной на рис. 4, определяются как:

• LO1 = L1 +2ПL1 – габаритный размер отливки определяется как сум-

ма номинального габаритного размера детали и двух припусков на этот размер;

•LO2 = L2 + ПL1 − ПL2 – размер L2 увеличивается на величину припуска на размер L1 , так как при увеличении размера L1 изменяет свое положение измерительная база для размера L2 .

•LO3 = L3 + ПL1 + ПL3 .

Вкачестве примера рассмотрим назначение припусков и допус-

ков, определение размера отливки крышки (рис. 1, табл. 8).

Таблица 8

Определение размеров отливки крышки

Размер		Допуск		Припуск на об-		Размер
	на	формы и
детали	раз-	расположе-	общий		работку	отливки
	мер	ния
180	3,6	0,64	4	не	обрабатыва-	180±2
				ется
150	В отливке отсутствует
80-0,1	2,8	0,4	3,2	4,1		88,2±1,6
80	2,8	0,4	3,2	не	обрабатыва-	80±1,6
				ется
60+0,05	2,4	0,4	2,4	3,5		53±1,2
10	В отливке отсутствует
60-0,1	2,4	0,4	2,4	3,5		63,5±1,2
16	1,8	0,4	2	3		19±1
5	1,4	0,4	1,4	-		5,5±0,7

Примечание: припуск на размер 5 не назначается, так как припуск на поверхность 1 определяется по размеру 60-0,1, а припуск на поверхность 2 – по размеру 16; размер 5,5 получен как сумма размера детали 5 и разности припусков на обработку к размерам 60-0,1 и 16 – 5+(3,5-3)=5,5.

18

11. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИБЫЛЕЙ, МЕСТА ИХ УСТАНОВКИ И КОНСТРУКЦИИ

Прибыли необходимо применять при изготовлении отливок из сплавов с большой склонностью к усадке (белые, ковкие, высокопрочные, серые низкоуглеродистые чугуны; стали), а также при изготовлении отливок, имеющих массивные тепловые узлы (толщина стенок свыше 40 мм). В данной работе рассматривается проектирование закрытых гравитационных прибылей независимого действия с обычными тепловыми условиями.

При проектировании прибылей необходимо руководствоваться следующими правилами:

•прибыль необходимо присоединять к тепловому узлу отливки;

•боковая прибыль должна быть выше верхней точки отливки не менее чем на 25 мм;

•если в отливке имеется несколько тепловых узлов, разделенных тонкими стенками, то у каждого необходимо устанавливать отдельную прибыль;

•прибыль должна застывать позже отливки и содержать достаточное количество расплава для питания отливки;

•для экономии металла прибыль должна иметь минимально возможную поверхность охлаждения;

•конструкция прибыли должна обеспечивать удобство формовки;

•шейка, как и прибыль, должна застывать позже отливки;

•шейка должна быть по возможности короткой;

•для эффективного действия прибыли необходимо обеспечить

принцип направленного затвердевания.

На основании вышеперечисленных правил рекомендуется конструкция верхних и боковых прибылей, показанная на рис. 5.

Порядок определения размеров прибыли:

•Задают отношение высоты прибыли к ее диаметру p = H / D . Увеличение p создает больший гидростатический напор рас-

плава – улучшаются условия питания теплового узла, однако затрудняется изготовление литейной формы. На практике p принимают от 0,7 до 1,5.

			19
		D
			D
		d	H
			r
			H
			h
	r	dш	dш
			lш
			R
			lш
			Тело отливки

	Тело отливки
	а) верхняя прибыль						б) боковая прибыль
			Рис. 5. Конструкция прибылей
	• Определяют диаметр прибыли D из выражения:
	25(4 p +1)	=	pD	−	1,275	,	(3)
					2
	Sт.у.		εVт.у.		D
где Sт.у. – площадь поверхностей, ограничивающая тепловой узел,
мм2; Vт.у. –			объем		теплового		узла, мм3; ε – усадка металла, %

(табл. 9).

Выражение (3) приводится к виду

aD3 +bD2 +d =0 ,									(4)
где a =			p		; b = −25(4 p +1)				; d = −1,275 .
		εV
							S	т.у.
			т.у.
Определяются вспомогательные величины
	2b3		+	d		−b2
q = 27a3				a	, r =	3a2	.
		2			3
Диаметр определяется как										b
D = 3 −q +					q2 + r 3 +3 −q −				q2 + r 3 −		.
										3a

Радиус действия прибыли ориентировочно оценивается как Rдп = 5D .

•Определяют высоту прибыли H как H = pD.

•Определяют длину шейки lш по технологическим соображениям, при этом следует учитывать, что длина шейки не должна превышать D / 2.