Выбор припуска на усадку

 

При затвердевании и охлаждении отливки в литейной форме ее габаритные размеры уменьшаются. Это необходимо учитывать при изготовлении модельного комплекта, кокилей и пресс-форм, увеличивая все их размеры на величину литейной усадки.

Величина литейной усадки зависит от литейных свойств сплава (литейная свободная усадка сплава), степени торможения усадки со стороны литейной формы (податливость формы) и отдельных частей отливки, сложности конструкции отливки, скорости охлаждения отливки в форме и т.д. Литейную усадку компенсируют, увеличивая размеры при изготовлении модельного комплекта и металлических форм (кокиль, пресс-форма). Эти размеры контролируют с помощью усадочного метра, каждая единица длины которого больше эталонной на величину усадки (0,75; 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2; 2,25; 2,5 %).

Для упрощения технологии изготовления отливки следует принимать литейную усадку: для стали 2%, для чугуна 1%, для алюминиевых сплавов 0,9…1,5% для магниевых сплавов 1,5…1,7%.

Разработанный чертеж элементов литейной формы используют при изготовлении модельного комплекта и сборке разовых форм, а также при изготовлении многократно используемых форм (кокиль, пресс-форма).

3.8 Обеспечение технологичности конструкции отливки проектируемой детали.

При конструировании технологичной отливки с точки зрения ее формы и размеров следует стремиться к упрощению как наружных, так и внутренних поверхностей. Толщина стенок и конструктивные уклоны должны устанавливаться в зависимости от их назначения, механических и технологических свойств материала, а также общих принципов конструирования отливок. Желательно, чтобы габаритные размеры заготовки были минимальными, особенно по высоте, так как в противном случае затрудняется процесс изготовления 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.3.4).

 

 

 

Для получения плотных отливок необходимо обеспечить их надежное питание и направленное затвердевание отливки, которое должно проходить последовательно по всему объему отливки без образования в ней замкнутых объемов с расплавом. Направленность затвердевания определяют способом вписанных окружностей. Это способ состоит в том, что в рассматриваемое сечение отливки вписывают окружности в различных точках (рис.3.5). Узлы 1 с окружностями наименьшего диаметра будут затвердевать первыми, затем узел 2 и в последнюю очередь узел 4. В ходе затвердевания в узлах 2 и 4 неизбежно появятся усадочные дефекты (усадочные раковины и пористость) из-за затвердевания изолированных объемов расплава. Для предупреждения появления усадочной раковины в узле 2 необходимо увеличить толщину стенки отливки за счет напуска 3, а для узла 4 предусмотреть прибыль 5. Прибыли на отливках имеют технологическое значение, поэтому в конце процесса изготовления заготовки их удаляют.

 

 

 

Плавный переход от тонких сечений к толстым и правильное сопряжение стенок позволяют получить качественную отливку без литейных дефектов и коробления стенок. При любом сопряжении стенок различной толщины их соотношение не должно превышать S / S ₁ £ 4.

Получение заготовок без усадочных дефектов может быть достигнуто за счет одновременного их затвердевания. В этом случае конструкция отливок должна иметь равномерную толщину стенок с плавными переходами. Принцип одновременного затвердевания применяют при конструировании мелких и средних тонкостенных отливок из чугуна и других сплавов.

Для уменьшения скопления металла в местах пересечения ребер следует избегать их крестообразного пересечения. Более технологичным является шахматное и сотообразное расположение ребер. Такая конструкция обеспечивает наиболее равномерное распределение остаточных напряжений как в процессе остывания отливки, так и во время эксплуатации. Однако в этом случае заготовки сложнее и дороже в изготовлении.

Для снижения усадочных термических напряжений и вероятности трещинообразования следует обеспечить свободную усадку отливки и избегать формирования термических узлов. Они возникают в тех местах, где пересекаются тепловые потоки, идущие от поверхности отливки в форму (рис.3.6, а). Для улучшения теплоотвода в этой части отливки изменяют конструкцию термического узла (рис.3.6, б) или устанавливают усадочные ребра, которые охлаждаются быстрее и упрочняют эту зону (рис.3.7).

 

 

 

	Рис.3.7. Пример конструкции усадочного ребра

 

 

С целью предотвращения образования газовых раковин в отливке необходимо обеспечить возможность плавного заполнения формы металлом таким образом, чтобы воздух и газы выходили из нее полностью и свободно. Для этого необходимо при конструировании детали предусмотреть соответствующее количество окон и полостей, соединяющихся друг с другом.

Детали большой протяженности следует проектировать с равномерными по толщине стенками, при этом конструкция должна быть по возможности симметричной и достаточно жесткой. Следует избегать протяженных плоских поверхностей, придавая им изогнутую форму (рис.3.8).

 

 

 

Пример

 

1.Анализ исходных данных и выбор марки материала детали, приведенной на рис.1:

При выборе марки материала отливки, необходимо учесть условия эксплуатации детали, а именно: высокую температуру и химическую агрессивность среды, низкие механические нагрузки.

По литейным и эксплуатационным свойствам для изготовления отливки целесообразно рассматривать возможность применения следующих марок материалов: высокопрочный чугун ВЧ60 и сталь 25Л.

По сравнению со сталью 25, чугун имеет:

- лучшие литейные свойства

- более высокий предел прочности

- более высокую жаропрочность

В свою очередь, сталь 25Л обладает более высокой пластичностью.

Однако, на основе проведённого анализа, выше изложенных данных, а также учитывая производственную программу (крупносерийное производство, до 10000 шт. в год), является целесообразным для изготовления отливки «ступица» применить высокопрочный чугун марки ВЧ60.

Наиболее ответственная поверхность детали – внутренняя, с шероховатостью Ra=1.25 мкм, т.е. большинство поверхностей заготовки подвергаются механической обработке резанием.

Наибольший габаритный размер детали составляет 205 мм.
2.Выбор способа получения заготовки

Для принятия решения о выборе способа литья приведем матрицу влияния факторов. (Материал ВЧ60, выпуск 10000 деталей, масса 9.126 кг, минимальная толщина стенки 15 мм, повышенные требования к точности внутренней поверхности).

Способ получения отливки	Фактор
Литье в песчаные формы	Литье в оболочковые формы	Литье по выплавляемым моделям	Литье в кокиль	Литье под давлением	Центробежное литье
Расположение отливки в одной полуформе	0	0	0	0	Для цветных металлов и сплавов	0
Плоский разъем формы	1	1	1	1	1
Количество разъемов формы	1	1	1	1	1
Отсутствие выступающих частей, мешающих извлечению отливки из формы	1	1	1	1	1
Отсутствие больших углублений	1	1	1	1	1
Расположение обрабатываемых поверхностей на одном уровне	0	0	0	0	0
Удобство простановки и надежность крепления стержней в форме	1	1	1	1	1
Обеспочение минимально допустимой толщины стенок	1	1	1	1	1
Наличие оптимальных размеров между сопрягаемыми стенками литой детали	1	1	1	1	1
Отсутствие тонких пов-тей большой протяженности	1	1	1	1	1
Форма и размеры заготовки	1	0	0	0	0
Требуемая точность и состояние поверхностного слоя	0	1	1	1	1
Технологические свойства материала	0	0	0	0	0
Годовая продукция выпуска	1	1	0	0	0
Производственные возможности предприятия	1	1	1	1	1
Сумма коэффициентов	11	11	10	10	0	10

Анализ формы, размеров и массы детали, требуемой точности и состояния поверхностей, технологических свойств материала и годовой программы ее изготовления показал, что получение данной детали целесообразно либо литьем в песчаные, либо в оболочковые формы.
Проведем более подробный анализ способов литья в песчаные и оболочковые формы

Показатель	Литье в песчаные формы	Литье в оболочковые формы
	+/-	Сумм.	Целесообразность	+/-	Сумм.
Материал отливки	ВЧ 60	+	6	ВЧ 60	+	5
Максимальная масса отливок, кг	200 000	+	150	+
Максимальный размер	Неогранич.	+	1500	+
Толщина стенок, мм Min Max	3.0 Неогранич.	+	2,0 12	-
Класс точности отливок	9-13	-	6-11	-
Шероховатость поверхности Ra, мкм	80…20	-	40…10	+
Минимальный припуск на механическую обработку (на сторону), мм.	0.3…6.0	+	0.4…2	+
Относительная себестоимость 1 т отливок, отн. ед.	1.0	+	1.5…2.0	-
Экономичная оправданная серийность, шт./год	Неогранич	+	200…10000	+

На основе уточненного анализа технологичности выбираем способ литье в песчаные формы.