Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Общие принципы конструирования литых деталей

15.11.2018


Конструктор при проектировании изделий закладывает в чертежи определенный вариант конструкторско-технологического решения (КТР), характеризующийся маркой материала и технологией изготовления деталей, типом исходной заготовки и др. При конструировании изделий необходимо выбирать такое КТР, которое, с одной стороны, удовлетворяло бы требованиям, предъявляемым к деталям как элементам большой технической системы (машине, прибору и т. п.), и, с другой стороны, соответствовало бы современному уровню развития технологии. Чем позднее (на этапах жизненного цикла) осуществляются конструктивные изменения, тем дороже они обходятся и тем меньше эффективность от совершенствования конструкции.

Таким образом, для повышения качества проектирования, сокращения цикла и затрат на технологическую подготовку производства изделий необходимо одновременно создавать конструкторскую и технологическую документацию.

При конструировании литой детали следует обеспечивать необходимый уровень механических и эксплуатационных характеристик с учетом заданных значений массы, конфигурации, точности размеров и шероховатости поверхностей. В процессе проектирования изделия конструктор должен учитывать как литейные свойства сплавов, так и технологию изготовления отливок, их последующую очистку, обрубку, термическую и механическую обработки.

Важнейшими задачами при проектировании деталей машин являются максимальное снижение массы и повышение КИМ при их изготовлении.

Сокращение металлоемкости изделий может быть достигнуто путем повышения точности расчетов при их проектировании и применения материалов с улучшенными механическими и технологическими свойствами, а также в результате оптимизации технологии изготовления заготовок (отливок). Повышения величины КИМ достигают за счет увеличения точности размеров отливок и уменьшения шероховатости их поверхностей, снижения напусков и припусков на механическую обработку.

При проектировании отливок необходимо стремиться к выполнению ряда требований.

1. Отливки должны иметь простое внешнее очертание с минимальным числом ребер, выступов и внутренних полостей.

2. Конструкция отливки должна обеспечивать высокий уровень ее служебных характеристик (прочность, жесткость, герметичность и т. д.) при заданных массе и точности конфигурации.

3. Конструкция отливки должна обеспечивать минимальное силовое взаимодействие между отливкой с формой, формирование требуемой структуры, высоких механических свойств, стабильных размеров и параметров шероховатости поверхности отливки.

4. Конструкция отливки должна обеспечивать минимальный объем последующей механической обработки.

5. Базовые поверхности отливки должны иметь расположение, удобное для обработки резанием.

6. Материал отливки должен обладать высоким уровнем свойств и минимальной стоимостью.

Исходными данными при проектировании заготовки являются чертеж или эскиз проектируемой детали с заданными эксплуатационными характеристиками, но не отражающий особенности технологии ее изготовления, а также сведения о программе выпуска; марке материала изделия и др.

При разработке чертежа отливки прежде всего следует оценить ее технологичность. Так, при рассмотрении возможности получения внутренних полостей в заготовке необходимо учитывать, что увеличение количества стержней существенно повышает трудоемкость изготовления и сборки форм, при этом растет вероятность появления брака по перекосу или искажению размеров из-за неточности установки стержней.

Затем определяют минимально допустимую толщину стенки в зависимости от механических и технологических свойств материала отливки, от способа литья, конфигурации, размеров и назначения отливки. Одновременно оценивают и при необходимости корректируют толщину стенок, их сопряжения и переходы, ребра жесткости и др.

Стенки литых деталей обладают неравномерной прочностью в поперечном сечении из-за различия условий кристаллизации. Прочность максимальна в поверхностном слое, где в результате высокой скорости охлаждения образуется мелкокристаллическая структура и остаточные напряжения сжатия. В поверхностном слое чугунных отливок преобладают перлит и цементит. Сердцевина, застывающая медленнее, имеет крупнокристаллическое строение с преобладанием феррита и графита. В ней нередко образуются дендритные кристаллы и возникают усадочные раковины и рыхлоты.

Чем массивнее стенка, тем резче разница между прочностью сердцевины и поверхностного слоя. Поэтому увеличение толщины стенок не сопровождается пропорциональным повышением предела прочности материала отливки.

Для снижения массы целесообразно выполнять стенки отливок наименьшей толщины, которая допускается условиями заполнения формы при заливке и прочностью детали. Минимальную толщину стенок можно ориентировочно определять в зависимости от материала отливки и способа литья по данным табл. 34.1. Если минимальная толщина стенок окажется больше указанной на чертеже, то следует провести соответствующую корректировку, после чего назначить напуски, допуски размеров, припуски на механическую обработку и формовочные уклоны.

Напуски назначают на тех участках отливки, где отверстия, впадины, полости и другие элементы получить способами литья трудно или невозможно. В случае необходимости напуски удаляют последующей механической обработкой. Назначение напусков позволяет упростить технологическую оснастку, технологию изготовления и в итоге получить более качественные отливки.

Минимальный диаметр отверстий, выполняемых литьем в песчаные формы, выбирают так, чтобы избежать сильного перегрева и пригара стержня к стенкам отверстия. Возможность спекания стержневой смеси и пригара определяется массой окружающего металла, поэтому минимальный размер литых отверстий зависит от толщины стенки (т. е. длины стержня) и может быть рассчитан по формуле

dmin = d0 + 0,1s,


где d0 — исходный диаметр; s — толщина стенки.

Исходный диаметр d0 выбирают в зависимости от материала отливки: для медных сплавов — 5 мм, для чугунов и алюминиевых сплавов — 7 мм, для сталей — 10 мм. Если указанный на чертеже размер меньше полученного расчетом значения dmin, отверстие литьем не изготавливают.

Допуски линейных размеров отливок назначают по ГОСТ 26645—85 в зависимости от класса точности и номинального размера.

Припуски на механическую обработку отливки (на сторону) подразделяют на основные и дополнительные. Основные припуски выбирают в зависимости от допусков соответствующих размеров отливки и ряда припусков. Под номинальным размером при установлении припусков следует понимать номинальное расстояние между обрабатываемой поверхностью и базой ее механической обработки, а при обработке поверхностей вращения — их номинальный диаметр.

Полученные значения основных припусков относятся к поверхностям отливки, находящимся при заливке сбоку или снизу. На верхние при заливке поверхности допускается увеличение припуска.

Дополнительный припуск на механическую обработку предназначен для компенсации отклонений расположения элементов отливки: коробления, смещения по плоскости разъема и т. п. Его назначают в том случае, когда наибольшее из предельных отклонений превышает половину допуска на соответствующий размер отливки. Общий припуск на механическую обработку определяется как сумма основного и дополнительного припусков.

Формовочные уклоны назначают на вертикальных стенках отливки в целях облегчения удаления модели из формы и стержня из стержневого ящика. Уклоны выбирают в соответствии с ГОСТ 3212—92 в зависимости от высоты формообразующей поверхности, способа литья и вида модельного комплекта. На обрабатываемых поверхностях уклон устанавливают сверх припуска на механическую обработку (рис. 35.1, а), а на необрабатываемых и несопрягаемых поверхностях — путем увеличения и уменьшения размеров отливки (рис. 35.1, в), на необрабатываемых, но сопрягаемых поверхностях — путем увеличения или уменьшения размеров (рис. 35.1, б, г).

После формирования контура отливки в местах перехода от одного элемента к другому назначают радиусы закруглений, которые в значительной степени определяют качество отливки. Низкие значения радиусов в сопряжениях стенок вызывают образование трещин, завышенные — приводят к появлению усадочных рыхлот (пористости). Радиусы закруглений внутренних углов следует выбирать по соответствующим таблицам в справочниках.

При проектировании отливки необходимо учитывать ее положение в форме. Ее расположение должно обеспечивать спокойное заполнение формы без разрушения струей металла отдельных участков формы или стержней. Конструкция формы должна способствовать направленной кристаллизации отливки снизу вверх с тем, чтобы усадочные раковины, примеси, неметаллические включения выводились в части отливки, удаляемые при обрубке и очистке (выпоры, прибыли, припуски на механическую обработку).

Элементы отливок с малой и равномерной толщиной стенок должны находиться в верхней части формы для обеспечения хорошего подвода металла соответствующей конструкцией питателей. Тонкостенные элементы отливок желательно направить вертикально или наклонно, чтобы в них не скапливались газовые пузыри. Отливки типа тел вращения рекомендуется формовать с вертикальным расположением оси вращения для отвода газов из стержней. Отливку в форме следует размещать так, чтобы общая высота формы была минимальной, а полуформы имели примерно одинаковую высоту.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: