Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Требования к конструкции литых деталей, обусловленные закономерностями формирования отливок

04.11.2018

Из курса «Теоретические основы литейных процессов» известно, что при формировании отливки происходят сложные процессы, связанные с заполнением формы сплавом, его охлаждением, затвердеванием и кристаллизацией, прогревом стенок формы, газовыделением и эвакуацией газов из полости формы и ее стенок, развитием литейных напряжений и деформаций, а также с другими явлениями. Особенности протекания этих процессов, зависящие от литейных свойств сплава, конфигурации и размеров отливки, а также от характеристик литейной формы, оказывают существенное влияние на образование различных дефектов отливки. Поэтому при конструировании отливок из разных сплавов при различных способах литья нужно обязательно учитывать требования, обусловленные закономерностями их формирования.

Параметры конструкции отливки, прежде всего толщина и протяженность ее наиболее тонкостенных элементов, оказывают влияние на заполняемостъ формы сплавом и появление таких дефектов, как спаи и недоливы.

Толщина стенок отливок не должна быть меньше некоторых минимальных значений, определяемых жидкотекучестью сплава и технологией изготовления отливок. Литая стенка выполняет важные функции: придает детали требуемую конфигурацию, обеспечивает необходимую прочность и т. д. Толщина стенки отливки зависит от выполняемой ею функции.

Однако рассчитанные конструктором стенки часто оказываются столь тонкими, что не могут быть получены при литье из-за ограниченной жидкотекучести сплава. В отливках из серого чугуна тонкие стенки могут получиться отбеленными. Минимальная толщина стенки зависит не только от металлургических и технологических факторов, но и от габаритных размеров отливки. На практике минимальную толщину стенки отливки при литье в песчаные формы определяют по графикам в зависимости от фактора N = (2L + В + H)/3, где L, В и H - соответственно длина, ширина и высота стенки в метрах.

На рис. 1.14 приведены кривые для определения технологически минимальной толщины стенок отливок из стали, чугуна, медных, алюминиевых и магниевых сплавов. Минимальные значения толщины стенок стальных и чугунных отливок можно определить по табл. 1.12.


Толщину внутренних стенок ввиду их более медленного охлаждения можно принимать на 10-20 % меньше приведенных в табл. 1.12 значений. Если по конструктивным соображениям стенки или отдельные участки литых деталей должны быть на 20-30 % тоньше минимально допустимых, то рекомендуется ввести их механическую обработку (литые стенки при этом из соображений заполняемости выполняются с толщиной не тоньше минимальной) или предусмотреть на них сетку низких широких ребер (рис. 1.15). При этом холодный сплав с головы потока в процессе заполнения стенки будет сбрасываться в полости ребер, что повысит заполняемость. Необходимо избегать наличия протяженных горизонтальных тонких стенок. Целесообразно стенки выполнять наклонными (рис. 1.16).

С конструкцией литой детали непосредственно связано формирование в отливке объемных усадочных дефектов (раковин, пористости). Конструкция отливки должна удовлетворять требованиям обеспечения направленности затвердевания. Для проверки выполнения этих требований применяют способ вписанных окружностей. Окружность, вписанная в любое сечение отливки, должна свободно проходить по всем вышележащим сечениям по направлению к прибыли (рис. 1.17). Соотношения диаметров двух рядом лежащих окружностей следует принимать в пределах от 1:1,1 до 1:1,5 в зависимости от объемной усадки сплава и конструкции отливки. Нарушение направленности затвердевания обусловливает необходимость применения технологических напусков и внутренних или наружных холодильников.

При оформлении сочленений стенок нужно избегать образования скоплений металла, в которых появляются раковины или пористость. На рис. 1.18 показаны примеры технологичного и нетехнологичного оформления сочленения стенок отливок.

При конструировании переходов от одного сечения к другому следует учитывать увеличение толщины сопрягаемых элементов за счет припусков на механическую обработку и не допускать узлов скопления металла. На рис. 1.19 и 1.20 приведены примеры устранения узлов скопления металла путем правильного конструирования отливки. Разгрузку узлов скопления металла можно провести путем выравнивания толщины стенок (см. рис. 1.18), выполнения дополнительных полостей и пазов (рис. 1.21, а, б), литых отверстий и гребенчатых переходов (рис. 1.21, в).

Для усиления конструкции деталей часто применяют ребра жесткости, которые могут создавать в местах сочленения со стенками или друг с другом скопления металла, вызывающие образование усадочных раковин или горячих трещин. С целью исключения этих узлов целесообразно соединять ребра со стенками под прямым углом, располагать ребра в шахматном порядке с шагом l, равным толщине стенки отливки или большим ее (рис. 1.22, а, б), применять K-, H- и V-пересечения ребер (рис. 1.22, в, г, д).

В некоторых случаях в местах стыка ребер со стенками следует предусматривать литые отверстия (рис. 1.23). В случае пересечения водной точке нескольких ребер целесообразно предусмотреть кольцевое ребро и уже к нему присоединить радиальные ребра (рис. 1.24).

Толщина ребра наружной стенки отливки должна быть не более 0,8 толщины стенки. Для внутренних стенок отливок толщина ребра не должна превышать 0,6-0,7 толщины стенки. Высота ребра - не более пяти толщин стенок. Ребра располагают друг от друга на расстоянии, превышающем 1,2 высоты ребра.

При конструировании отливок следует предусматривать наименьшее число фланцев, бобышек и приливов. Они, образуя места сосредоточения металла, часто являются причиной возникновения усадочных раковин и пористости, особенно у отливок из сплавов с большой объемной усадкой. Поэтому размеры фланцев, бобышек и приливов должны быть наименьшими исходя из условий прочности. При конструировании бобышек с фланцами следует принимать приведенные на рис. 1.25-1.26 отношения размеров.

При конструировании сопряжений фланцев с телом отливки их толщину необходимо принимать равной толщине стенки отливки b. Расстояние между фланцем и телом отливки следует принимать больше 25. Наименьшую высоту приливов H, обеспечивающую свободную механическую обработку их поверхности, выбирают в зависимости от наибольшего размера отливки (рис. 1.27). В целях упрощения механической обработки отливок обрабатываемые поверхности бобышек и приливов располагают на одном уровне (рис. 1.28).


При конструировании отливок с несколькими бобышками или приливами их следует объединять, что сокращает количество отъемных частей модели и уменьшает брак отливок (рис. 1.29). Если позволяет толщина стенки отливки, то бобышки нужно заменять выточками (рис. 1.30).

Одним из эффективных методов предотвращения холодных и горячих трещин в отливках и их коробления является обеспечение технологически обоснованной конструкции отливок. Для уменьшения литейных напряжений необходимо стремиться к обеспечению одинаковых толщин стенок по всей отливке. Ho и в этом случае торцевые части стенок, а также участки около отверстий и окон будут охлаждаться ускоренно. Поэтому в торцевых частях стенок и около окон, отверстий предусматривают окантовки. Размеры окантовок приведены на рис. 1.31 и в табл. 1.13.

Отверстия в стенках служат концентраторами напряжений. Если принять прочность стенки без отверстия за 100 %, то прочность стенок с отверстиями без бобышек и с острыми кромками будет составлять всего 50 %. Поэтому отверстия должны иметь окантовку (бобышки) и радиусы закругления. В местах сочленения стенок нужно предусматривать радиусы перехода.

Переходы от одного сечения к другому с помощью галтелей выполняются для всех отливок при соотношении сопрягаемых толщин b/b1 < 2. Радиусы галтелей r принимают равными следующим значениям: r = (b+b1)/3 (b+b1)/2 (рис. 1.32, а). Переходы сечений при соотношении b/b1 >2 выполняются с учетом характера нагрузок, испытываемых деталью при эксплуатации:

• для отливок, не испытывающих ударных нагрузок, - галтелями с радиусом, указанным выше;

• для отливок, подвергающихся ударным нагрузкам, - в виде клинового или ступенчатого сопряжения (рис. 1.32, б). Длину участка перехода от одной толщины к другой принимают равной l > 4h. При этом r = (b+b1)/4 и R = (b+b1)/2.

Переходы в угловых сопряжениях двух элементов отливок приведены в табл. 1.14 (величина r в табл. 1.14 принимается по номограмме, изображенной на рис. 1.33), а значения увеличения толщины отливок h по длине l указаны в табл. 1.15. Переходы в тавровых сопряжениях элементов отливок приведены в табл. 1.16 (величина г также определяется по номограмме, показанной на рис. 1.33). Значения увеличения толщины отливок h по длине l для этого случая приведены в табл. 1.17. Радиусы галтелей после их определения по номограмме (см. рис. 1.33) округляют и принимают за число, выбранное из ряда предпочтительных чисел по ГОСТ 10948-79 (1, 2, 3, 5, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40 мм).

Радиусы скруглений наружных углов отливок при сопряжении поверхностей (рис. 1.34) принимают в зависимости от габаритных размеров сопрягаемых поверхностей и величин углов между ними. Наименьшие значения радиусов скруглений приведены в табл. 1.18.



Имя:*
E-Mail:
Комментарий: