ФБТ БИ 1курс / 31.

У деяких металів і сплавів відбуваються фазові перетворення, наприклад у чавуні - графітизація, у сталі - виділення газів тощо. Ці перетворення сприяють збільшенню розмірів відливка, яке називається передусадочним розширенням. Останнє істотно впливає на усадку, особливо високовуглецевих сплавів, коли в них відбувається графітизація, а також на усадку багатьох легованих і середньота високовуглецевихсталей.

Під час виготовлення складних за конфігурацією відливків усадці сплавів чинять опір внутрішні стержні виступаючі частини форми /виступи, фланці тощо/. Крім механічного гальмування усадки, на відливки впливає термічне, пов`язане з різницею температур окремих частин при охолодженні. Тому дійсну зміну розмірів відливка характеризують коефіцієнтом ливарної /ускладненої/, а не лінійно: усадки. Величини ливарної усадки можуть бути неоднаковими у різних напрямах, навіть у межах одного відливка.

Ливарною усадкою називають відносну зміну розмірів відливка в процесі кристалізаціїтаостиганняйого уформі; визначаютьїї заформулою,% :

εл = [(lмод- lв )/ lмод]100.

Внутрішнінапруженняувідливках.

Після затвердіння і кристалізації, а також остигання металу в ливарній формі до нормальної температури внаслідок усадки виникають внутрішні напруження, які можуть призвести до короблення. відливків, а школи - і до утворення в них гарячих та холодних тріщин. Звичайно розрізняють внутрішні напруження трьох видів: механічні, термічні та фазові. Механічні /усадочні/ напруження зумовлені гальмуванням усадки формою та стержнем; вони е однією з

основних		причин утворення
тріщин у відливках. Під час
усадки	відливок			тисне	своїми
виступаючими частинами					А
на стержень або форму /рис.8, а/.
Водночас		форма		перешкоджає
усадці,		що		спричинює
напруження			у	відливку.
Величина		цих		напружень
залежить		від		піддатливості
форми і стержнів. Чим вища піддатливість форми х стержня,				тим	нижчі
напруження у відливку і ймовірність утворення	в	ньому	тріщин.		Якщо
21

напруження, які виникають, перевищують межу міцності сплаву, то у відливку утворюється тріщина /в гарячому стані міцність сплаву нижча, ніж у разі нормальних температур/. Якщо сплав відливка має достатню міцність і пластичность та здатний протидіяти напруженням, які виникають, то конфігурація, відливка спотворюється, вінвикривлюєтьсятакоробиться.

Гарячі тріщини виникають у відливках при високих А температурах,холодні - при низьких. Часто тріщини виникають на відрізкуз уповільненою швидкістю охолодження, в "гарячих" місцях /рис.8, б/. Так, відливок, зображений на рис.8, б, під час усадкидеформуватиметьсязарахунок"гарячого" вузла Б, температураякого вища. Цей перерізвідливканайнебезпечніший. Чимдовший відливок, тим більша ймовірність утворення тріщин. Гарячі тріщини також виникають у стовщеннях відливка, в

місцях переходу від товстого перерізу до тон кого.

Щоб запобігти появі гарячих тріщин у відливках, необхідно виплавляти сплав суворо заданого хімічного складу; при конструюванні відливків робити гладкі переходи від масивних перерізів до тонких; забезпечувати рівномірне охолодження масивних і тонких перерізів відливків халодильниками; застосовувати ливниково-живильні системи, які

дають змогу уникнути місцёвих перегрівів, хибні /усадочні/ ребра, де утворюються гарячі тріщини, після чого їх видаляють. Формувальну і стержньову суміші роблять піддатливими, щоб форма і стержень менше перешкоджали усадці металу. Піддатливість збільшується від додавання у суміш тирси, а також від використання штучних смол як закріплювачів. Тирса вигоряє ще під час сушіння стержнів і за рахунок пор, які утворюються, піддатливість стержня підвищується. Смоляні закріплювачі в контакті з металом до кінця кристалізації поступово вигоряють, і стержень знеміцнюється, чим підвищує свою піддатливість.

Термічні внутрішні напруження зумовлені термічним гальмуванням усадки і виникають через різницю швидкостей охолодження окремих частин відливка. У відливка чавунної масивної рами /рис.9/ тонкі ребра тверднуть першими і

22

чинять опір усадці масивної окантовки, яка твердне пізніше. У тонких ребрах виникають напруження стиснення, а в окантовці - розтягу, що призводить до утворення тріщин. Внутрішні напруження можна усунути або практично зняти термічною обробкою відливків,

звичайно відпалюванням. Під час витримки при підвищених температурах у металі відбувається релаксація.напружень за рахунок пластичних деформацій, Режим тёрмічної обробки призначається залежно від складу сплаву: його здатності до тріщиноутворення, маси і конфігурації відливка, способу виготовлення.

Визначення лінійної /вільної/ усадки

Лінійну усадку визначають за допомогою приладу І.Ф. Большакова

Н

а металевому корпусі 1 приладу кріплять індикаторну головку 3 з диском циферблата 2. Ціна поділки шкали - 0,01 мм. У корпусі приладу встановлюють опоку 5 з формою зразка 8 розміром 20x25x200 мм . Над опокою на пружинах 4 розміщена рухома каретка б, яку штоком з`єднують з годною індикатора. У каретці перпендикулярно до осі

пробного зразка закріплюють шпильку 7. Інша шпилька закріплена у_фіксатор.т 10. Нижні кінці шпильок входить у порожнину форми на глибину 15 мм. Відстань між центрами шпильок 200 мм установлюють за допомогою

контрольної планки 9.	Перед тим, як зняти контрольну планку зі шпильок,
прилад приводить у	вихідний стан. Для цього штоком каретки, який

регулюється, встановлюють стрілку на нуль шкали. Після цього заливають метал і слідкують за рухом стрілки індикатора.

Відносна величина лінійної усадки, % : ε = ( l/200)100, де ∆l - покази індикатора після повного остигання зразка.

23

Визначення ливарної /ускладненої/ усадки

Ливарну усадку відливків визначають на спеціальному зразку, модель якого зображено. У моделі є отвори, відстань між центрами яких 200 мм. Після "розштовхування" моделі перед її видаленням через ці отвори за допомогою металевого керна на стінці форми виконують конусні заглибини. Слідом за заливанням, охолодженням, вибиванням та очищенням відливка за допомогою штангенциркуля вимірюють відстань між центрами виступів на відливку форм, мм. Величина ливарної усадки, ε = [(200 – lв)/200]100.

Устаткування, інструменти і матеріали

Плавильна піч; прилад конструкції І.Ф.Большакова; моделі; опоки; вимірювальний, формувальний і плавильно-заливальний інструмент; секундомір; формувальна суміш; сплавнаоснові алюмінію.

24

Практична робота № 34 Визначення елементів ливарної форми

Мета роботи - ознайомитися з основними правилами конструювання виливка і вибору розміщення його в ливарній формі; навчитися за даним кресленням деталі самостійно виконувати робочі креслення для виготовлення моделі й форми з нанесенням припусків на механічну обробку, формувальних ухилів, стержневих знаків і галтелей.

Короткі теоретичні відомості

Лиття в піщано-глинисті форми є одним із поширених способів виготовлення виливків. Виготовляють виливки із чавуну, сталі, кольорових металів від декількох грам до сотень тонн, з товщиною стінки від 3...5 до 1000 мм і довжиною до 10000 мм. Схема технологічного процесу виготовлення виливків у піщано-глинистих формах представлена на рис. 1.

Приготування

розплавленого

металу

Виготовлення

моделей та

Виготовлення

стиржневих

стиржнів

ящиків

Збирання

Заливка

Вибивання та

Контроль

форм

форми

очищення

Термообробка

якості виливка

відливків

Виготовлення

формувальних

Виготовлення

і стрижених

форми

сумішей

Рис. 1.

Сутність литва в піщано-глинясті форми полягає в одержанні виливків з розплавленого металу, що затвердів у формах, які виготовлені з формувальних сумішей шляхом ущільнення з використанням модельного комплекту.

Розробка виливка здійснюється згідно креслення деталі й зводиться до нанесення всіх технологічних вказівок, необхідних для його одержання. Дані вказівки є основою для виготовлення модельного комплекту й виробництва виливка. Розробка технології включає: вибір положення виливка у формі в процесі заливання, визначення лінії рознімання моделі й форми, призначення припусків на механічну обробку, визначення кількості стрижневих знаків і проектування їхніх параметрів і конфігурації, призначення зазорів у знакових частинах форми й стрижня, визначення лінії рознімання стрижневого ящика й напрямку набивання стрижня, призначення місць підведення металу до виливка.

Завданням на проектування служить креслення деталі, у якому повинні бути зазначені марка сплаву й технічні вимоги на деталь. Загальні завдання уточнюються викладачем, у тому числі обсяг і зміст пояснювальної записки й склад графічної частини. Приклад деталі зображено на

рис.2.

Опис технології виготовлення виливків повинне включати розрахунки, основні положення, що стосуються оформлення креслення, і графічні пояснення, які зображуються у вигляді ескізів або креслень.

25

Опис повинне починатися з короткого введення, у якому слід зазначити роль і значення ливарного виробництва в розвитку різних галузей промислового виробництва. В основній частині необхідно провести:

-аналіз технічних умов на виготовлення виливка;

-особливостей служби виливка в умовах експлуатації, характер випробовуваних нею навантажень і обґрунтування відповідності матеріалу виливка визначеним вимогам;

-аналіз технологічності конструкції виливка; з урахуванням особливостей конструкції виливка та запропонувати пропозиції по зміні конструкції з метою поліпшення технологічності;

-визначення поверхонь роз`єму форми;

-вибір і обґрунтування способу й методу виготовлення ливарної форми;

-розробку креслення видливка.

Конструкція виливка повинна відповідати службовим вимогам деталі, технології її виготовлення, технології механічної обробки й естетичним вимогам. Зовнішні контури литої деталі повинні являти собою сполучення простих і прямолінійних контурів, що з`єднують плавними криволінійними переходами. Необхідно прагнути до зменшення габаритних розмірів і особливо висоти деталі, усуненню виступаючих частин, більших тонких ребер, глибоких западин і піднурень, що ускладнюють виготовлення ливарної форми.

- значення шорсткості, позначеної поверхні;

- шорсткість усіх інших, непозначених поверхонь;

- значення поля допуску (відхилення від розміру);

- базова поверхня;

- відхилення форми поверхні;

- розмір з посадкою (поле відхилення);

Рис.2

Внутрішні порожнини литих деталей варто конструювати відкритими, без піднурень, що дозволить виготовити виливок без застосування стрижнів. Якщо при виготовленні виливка обійтися без стрижнів неможливо, то при конструюванні литих деталей необхідно передбачати отвори й вікна максимальних розмірів у достатнім числі для забезпечення стійкості стрижнів у ливарній формі, точності їхньої установки, легкості видалення стрижнів і каркасів з виливка при її очищенні. Стінка литої деталі поєднує всі її робочі елементи (гнізда підшипників, фланці, поверхні ковзання й кочення й ін.), надає в значній мірі необхідну конфігурацію, твердість і міцність. Вибір мінімально припустимої товщини стінки виливка

26

визначають розміри й складність виливка, а також ливарні властивості сплаву. Характерною рисою багатьох виливків є сполучення масивних напрямних з відносно тонкими стінками, застосування ребер жорсткості й розгалужених внутрішніх порожнин, розділених перегородками. Для попередження виникнення порожнин всідання і тріщин у виливках повинні бути правильно виконані переходи від одного перетину до іншого (рис. 3).

Ребра жорсткості створюють місцеві скупчення металу, що викликають утворення усадочних раковин і тріщин. Для усунення цього дефекту необхідно Х - подібні перетини заміняти Т - образними, а з'єднання ребер зі стінками виливка розташовувати під прямим кутом. При перетинанні в одній точці декількох ребер рекомендується робити кільцеве ребро й приєднувати до нього радіальні ребра на достатній відстані між ними. Товщина ребер звичайно становить 0,8 товщини стінки виливка.

Для попередження утворення усадочних раковин у масивних виливках, зі сплавів, які мають підвищену усадку при конструюванні повинен бути застосований принцип спрямованого або одночасного затвердіння. При спрямованому затвердінні товщина стінки виливка плавно збільшується знизу нагору. Кристалізація металу походить від тонких перетинів виливка, розташованих у нижній частині форми, до більше масивних перетинів, що розташовується у верхній частині форми. При одночасному застиганні перетину виливків мають однакову товщину, як у нижньої, так і у верхній частині деталі.

а) - при відношенні А/а < 1,75; б) - при відношенні А/а > 1,75 Рис. 3. Рекомендуємі переходи від масивних до тонких перетинів виливків при різних їхніх відносинах

Іноді бувають доцільним великі й складні литі конструкції розділити на більш прості елементи або деталі з наступним з'єднанням їх між собою зварюванням, болтовими з'єднаннями й іншими способами. При цьому рекомендується спрощувати найбільш складні й великі деталі й ускладнювати найбільш прості зі з`єднувальних деталей. Виступаючі частини корпусних деталей роблять знімними. Для підвищення твердості, зменшення маси й скорочення обсягу механічної обробки поєднують кілька простих деталей в одну. Конструкція литої деталі повинна забезпечувати можливість одержання її габаритних розмірів, перетинів і маси із заданою точністю. Для цього необхідно передбачати конструктивні ухили на необроблюваних поверхнях.

Окремі бобишки й припливи необхідно поєднувати в один загальний приплив і доводити його до площини рознімання або підстави. Для полегшення пригону деталей, що сполучають, у її конструкції передбачають паски, відбортовку й т.п. , що дозволяє компенсувати припустимі відхилення в розмірах виливка.

27

Види дефектів при литті

Бракованим називають такий виливок, що має хоча б один неприпустимий по технічних умовах дефект. Дефекти можуть бути по невідповідності мікроструктури, хімічного складу, фізичних і механічних властивостей. Відповідно до ГОСТ 19200-73 прийнята класифікація дефектів виливків складається із чотирьох груп. Група І- невідповідність по геометрії (недолив, різностінність, перекіс). Група ΙΙ - дефекти поверхні (пригар, наріст, затока). Група

ІІІ - несплошність в тілі виливка (усадочні раковини, газові раковини, пористість). Група ІV - різні включення (неметалічні й металеві). Схеми основних видів ливарних дефектів показані на рисунку 4.

а)

б)

в)

г)

а) - невідповідність по геометрії; б) - дефекти поверхні; в) - нещільність в тілі виливка; г) - включення

1 - недолив; 2 - злам; 3 - перекіс; 4 - різностіність; 5 - пригар; 6 - наріст; 7 - ужимина; 8 - затока; 9 - усадочні раковини; 10 - утяжина;

11 - газові раковини; 12 - пористість; 13 – металеві включення; 14 – неметалічні включення; 15 – "королек"

Рис. 4. Схеми основних видів ливарних дефектів

Причин виникнення браку дуже багато: некондиційні вихідні формувальні матеріали; погана якість шихти для плавки металу; невдала конструкція деталі (деталь не технологічна); невдала конструкція ливникової системи й погано продумана ливарна технологія; низька якість форм і стрижнів; слабкий технологічний контроль і ін.

Вибір розміщення відливка у формі

При визначенні положення форми при заливанні виходять із наступних міркувань. Поза залежністю від можливих ускладнень формування варто вибирати таке положення виливка, при якому можна здійснити його спрямоване затвердіння – за рахунок прибутків.

Виливки типу валів, барабанів, втулок і ним подібні треба розташовувати у формі й заливати вертикально для рівномірного заповнення форми сплавом, виділення газів, спливання неметалічних включень.

Найбільш відповідальні поверхні виливка, що піддаються механічній обробці, необхідно розміщати в нижній частині форми. Якщо це викличе труднощів при формуванні, то їх розташовують вертикально або похило.

Тонкі стінки виливка потрібно розміщати в нижній частині форми вертикально або похило. У верхній горизонтальній частині форми не слід розташовувати більші поверхні виливка, тому що це може привести до "обгару" верху форми й утворенню "ужимин". Масивні частини виливка (особливо при литті зі сталі й сплавів кольорових металів) треба розташовувати в такому положенні, щоб воно було зручним для живлення їхніми прибутками.

28

Необхідно забезпечити найкоротший шлях проходження металу від ливникової системи до виливка. Основні вимоги до вибору положення виливка у формі для сірого чавуну, полягають у наступному. Масивні частини виливків із сірого чавуну варто розташовувати в нижній напівформі, а при формуванні в одній напівформі - великих виливків при цьому забезпечується застосуванням металевих холодильників або сумішей з підвищеною теплопровідністю. Більші плоскі поверхні не слід розташовувати вгорі, а якщо це неминуче, варто ділити їхніми ребрами, що зменшує утворення ужимин і руйнування верхньої поверхні форми променистою теплотою металу, або різко зменшити час заповнення форми. Основну частину виливків з малою й рівномірною товщиною стінок (посудне лиття, ванни) варто розташовувати у верхній частині форми, забезпечуючи тим самим гарне її заповнення клиновими щілинними або дощовими живильниками, підведенними у верхню частину виливка.

Виливок необхідно розташовувати так, щоб забезпечити спокійне заповнення форми, що виключає руйнування струменем металу окремих ділянок форми й стрижнів. Для усунення утворення газових раковин виливка при заливанні варто розташовувати так, щоб був забезпечений переважно верхній відвід газів зі стрижнів. Виливок у формі варто розташовувати по можливості так, щоб можна було об'єднати кілька стрижнів в один для двох і більше виливків. Також необхідно, щоб загальна висота форми була найменшої, а напівформи мали приблизно однакову висоту.

Основні вимоги до вибору рознімання форми

Рознімання форми повинне бути плоским; при фасонній поверхні рознімання його побудова повинна виконуватися лініями, що мають певну геометричну форму, що спрощує процес виготовлення, доведення й контролю модельних плит. Число окремих частин повинне бути мінімальним; при масовому й серійному виробництві, якщо не можна змінити конструкцію виливка, їх варто заміняти стрижнями.

Рознімання форми повинно бути таким, щоб всі або основні стрижні встановлювалися в нижній напівформі й забезпечували тим самим максимально зручні процеси зборки форми, її обробки, фарбування й просушування, а також контроль установки стрижнів.

Базові поверхні виливків повинні бути розташовані в одній напівформі з оброблюваними поверхнями, а також із фланцями й припливами, пов'язаними з базовими твердими розмірами; частини деталі, що не допускають відносного взаємного зсуву, повинні також розташовуватися в одній напівформі; якщо ж рознімання форми не допускає їхнього розташування в одній напівформі, те відповідальні поверхні повинні займати у формі строго певне положення стосовно базових, що досягається застосуванням спеціального оснащення й засобів контролю.

Для забезпечення рівномірної товщини стінок виливків лінії рознімання форми й стрижня повинні збігатися, а величини їхніх формувальних ухилів повинні бути однаковими.

Для підвищення точності виливка його варто розташовувати в одній напіформі, що обов'язково для виливків, формуюмих у ґрунті або неспарених опоках; з цією ж метою фіксацію стрижнів варто робити в тій частині форми, у якій оформляються всі або більшість зовнішніх поверхонь виливків.

Рознімання форми повинна забезпечити найменша кількість дефектів по перекосах, а також мінімальну довжину ливарних швів по поверхнях виливків і, відповідно, заток; якщо ж заток не уникнути, то їхня обробка не повинна викликати ускладнень; на базових поверхнях виливків ливарні шви й задири не допускаються.

При безопочному формуванні більш висока частина виливка повинна бути розташована в нижній частині напівформи; у цьому випадку знімання верхньої форми й нижньої, що

29

перебуває під впливом вібратора, не викликає утруднень. Якщо лінія рознімання вертикальна, то її варто розташовувати так, щоб забезпечити надійне кріплення стрижнів.

Рознімання форми повинено бути таким, щоб забезпечити зручний вивід газів із всіх стрижнів і поглиблених (при ґрунтовому формуванні) ділянок форми.

Розробка креслення виливка

Основою для проектування виливка є креслення деталі (малюнок 2). На кресленні деталі крім основних розмірів зазначена шорсткість поверхні й залежно від її величини студент вирішує питання про необхідність механічної обробки даної поверхні. Інші поверхні, які не підлягають механічній обробці, зазначені у правому верхньому куті креслення.

1 - площина рознімання моделі й форми; 2 - контур виливка; 3 - стрижень; 4 - формувальний ухил; 5 - отвори, що не відливають; 6 - стрижневий знак; 7 - радіус закруглення

Рис.5 Ескізи виливка й моделі

На кресленні деталі умовною позначкою наносять: припуски на механічну обробку; технологічні припуски (ливарні ухили, напуски, жолобники); лінії рознімання форми й контури стрижнів і їхніх знакових частин; і установки прибутків (якщо вони необхідні); всі розміри, марку сплаву, і т.п.

Рис. 6. Форма у зборці

Припуски й допуски розмірів виливка

Припуски на механічну обробку призначаються відповідно до ГОСТ 26645-85 "Виливка з металів і сплавів. Допуски розмірів, маси й припуски на механічну обробку". Необхідно використати зазначений ГОСТ 26645-85 у зміненій редакції.

30