Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Обеспечение технологичности конструкции отливки

15.11.2018

Под технологичностью литой детали понимают совокупность свойств ее конструкции, позволяющих получать отливки с последующей механической обработкой резанием при оптимальных затратах, заданных показателях качества и конкретных условиях выполнения работы. При конструировании технологичной отливки с точки зрения ее формы и размеров следует стремиться к упрощению как наружных, так и внутренних поверхностей. Необходимо избегать выступающих или западающих поверхностей, проверяя их наличие с помощью правила теней.

Толщины стенок и конструктивные уклоны должны устанавливаться в зависимости от их назначения, механических и технологических свойств материала и с учетом общих принципов конструирования отливок. Желательно, чтобы габаритные размеры заготовки были минимальными, особенно по высоте, так как в противном случае затрудняется процесс изготовления песчаной формы.

Конструкция отливки должна позволять изготовление литейной формы с минимальным числом разъемов. Конфигурация и расположение стержней в форме предполагают свободный выход газов из стержней, количество которых должно быть минимальным (рис. 35.2). Установка стержней в форме на жеребейках (опорах) нежелательна, поскольку они не всегда хорошо сплавляются с металлом отливки.

При организации направленной кристаллизации (рис. 35.3) снизу вверх получают плотную отливку без усадочных раковин и пористости. Этого достигают в основном с помощью установки холодильников и прибылей, но они приводят к усложнению процесса изготовления формы и увеличению расхода металла. Одновременно повышается вероятность образования трещин.

Усадочные раковины и пористость образуются в отливке из-за некомпенсированной усадки в процессе кристаллизации. Она может возникать при неправильном распределении массы металла по сечению отливки. Для предупреждения этого дефекта проводят проверку конструкции стенки методом вписанных окружностей (см. рис. 35.3), который заключается в том, что по мере приближения фронта кристаллизации к верхней части отливки или прибыли диаметр окружности, вписанной в сечение отливки, должен увеличиваться.

Иногда для обеспечения технологичности заготовки используют принцип одновременной кристаллизации, который заключается в том, что все стенки отливок — от нижней части до верхней — имеют одинаковую толщину и кристаллизуются практически одновременно. Данный принцип применяется в основном для мелких и средних отливок с тонкими стенками из сплавов с небольшой усадкой. Однако при этом не всегда может быть обеспечена высокая прочность и плотность отливки. Плавный переход от тонких сечений к толстым и правильное сопряжение стенок позволяет получать качественную отливку без литейных дефектов и коробления стенок.

При любом сопряжении стенок различной толщины их соотношение не должно превышать 4:1. Если отношение сопрягаемых стенок s/s1 < 2, то сопряжение выполняют с помощью радиусов закруглений (рис. 35.4), величины которых при отсутствии ударных нагрузок в процессе эксплуатации детали могут быть определены из эмпирического выражения

R = (0,3...0,4)(s-s1).


Такое сопряжение выполняется и при s/s1 > 2, если деталь не испытывает ударных нагрузок. Если деталь воспринимает ударные нагрузки, то переход выполняется в виде клина (см. рис. 35.4). Длину переходного участка для отливок из чугуна, магниевых и алюминиевых сплавов определяют из соотношения

l > 4 (s - s1),


а для отливок из стали и медных сплавов

l > 5 (s - s1).


Необходимо отметить, что угловое сопряжение при правильном конструировании имеет наименьшую склонность к образованию усадочной раковины. Наиболее вероятно образование такого дефекта при тавровом сопряжении особенно при наличии острых углов, значительной разнице толщин сопрягаемых стенок и больших радиусах закруглений, так как все эти факторы создают условия для скопления металла и затрудняют процесс охлаждения и кристаллизации отливки.


При К-образных и крестообразных сопряжениях стенок металл скапливается в местах пересечения (рис. 35.5, а), где возникает опасность образования усадочных пор медленного охлаждения. В этом случае скопление металла следует рассредоточить путем смещения стенок, локального утонения, уменьшения радиуса закруглений и т. п. (рис. 35.5, б).

Толщина стенок у литых конструкций должна быть минимальной, поэтому для повышения прочности и жесткости отливок следует применять оребрение наружных стенок (рис. 35.6). Однако это ведет к увеличению концентрации напряжений, а в местах пересечения ребер со стенками — к скоплению излишнего металла. С учетом этого в целях обеспечения технологичности конструкции отливки необходима свободная деформация ребер при усадке, для чего ребра располагают перпендикулярно плоскости разъема формы.

Толщина наружных ребер жесткости не должна превышать 0,8, а внутренних — 0,6 толщины сопряженной стенки. Высота ребер не должна превышать пятикратной толщины стенки.

Для уменьшения скопления металла в местах пересечения ребер следует избегать их крестообразного пересечения. Более технологичным является шахматное и сотоообразное расположение ребер, благодаря которому остаточные напряжения распределяются наиболее равномерно как в процессе остывания отливки, так и во время эксплуатации. Однако такие отливки сложнее и дороже в изготовлении.

Во избежание усадочных раковин и пористости при пересечении в одном узле металл необходимо рассредоточить, с этой целью применяют кольцевое ребро или цилиндрическое углубление в центре пересечения (рис. 35.7). Если ребро жесткости соединяет две перпендикулярные стенки, то для уменьшения скопления металла в месте стыка рекомендуется предусмотреть в ребре литое отверстие, а самому ребру придать криволинейную форму (рис. 35.8).

Возникновение коробления и трещин в отливках маховиков, шкивов, зубчатых колес обусловлено различной скоростью охлаждения обода, ступицы и спиц. Как следствие, в отливках возникают значительные растягивающие напряжения, которые могут привести к потере цилиндрической формы или образованию трещин. В том случае, когда обод тоньше спиц, он кристаллизуется раньше и в спицах вблизи обода могут образоваться трещины. Если соотношение сечений обода и спиц выбрано так, что кристаллизация происходит одновременно, а ступица охлаждается медленнее, то трещины могут возникать в спицах около ступицы.

Для снижения остаточных напряжений в литых маховиках с четным числом спиц рекомендуется делать изогнутые спицы, а с нечетным — прямые (рис. 35.9). Поперечные сечения спиц целесообразно проектировать овальными, а при больших нагрузках — двутаврового сечения со скругленными острыми углами и сопряжениями. Ступицы не должны быть толстостенными, в противном случае у основания спиц могут появиться усадочные раковины и пористость. В ступицах большой протяженности рекомендуется делать канавки (рис. 35.10). На участках с местным утонением стенки (над шпоночной канавкой) следует предусматривать приливы.

Снижения усадочных термических напряжений и вероятности трещинообразования достигают при обеспечении свободной усадки отливки в форме и отсутствии термических узлов в форме, которые возникают в местах пересечения тепловых потоков, идущих от поверхности отливки в форму (рис. 35.11, а). Для улучшения теплоотвода в этой части отливки изменяют конструкцию термического узла (рис. 35.11, б) или устанавливают усадочные ребра (рис. 35.12), которые охлаждаются быстрее и упрочняют эту зону. Если установка усадочных ребер не дает положительного результата, то выравнивания скорости охлаждения во всех сечениях отливки добиваются с помощью холодильников.

В целях предотвращения образования газовых раковин в отливке обеспечивают плавное заполнение формы металлом таким образом, чтобы воздух и газы выходили из нее полностью и свободно. Для этого при конструировании детали предусматривают соответствующее количество окон и полостей, соединяющихся между собой или выходящих в верхнюю полуформу.
Обеспечение технологичности конструкции отливки

Деталь большой протяженности следует проектировать со стенками, равномерными по толщине, а конструкция должна быть по возможности симметричной и достаточно жесткой. При этом необходимо избегать протяженных плоских поверхностей, придавая им изогнутую форму (рис. 35.13).

Протяженные горизонтальные стенки следует заменять наклонными, ступенчатыми или выпуклыми. Если такую поверхность необходимо получить плоской, то рекомендуется располагать ее в нижней полуформе.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: