Технологические особенности проектирования деталей

В общих чертах технологический процесс литья в металлические формы совпадает с процессом литья в разовые песчаные формы, отличаясь только некоторыми специфическими особенностями.

Технологичность конструкции и предъявляемые к ней техническими условиями требования во многом определяют возможность перевода данной детали на литье в металлические формы.

Отливки должны иметь простую форму, без выступов, острых углов, поднутрений и т. п., чтобы легко было извлекать их из формы; полость отливки выполняют минимальным числом стержней. Разъем формы должен быть плоским для удешевления ее изготовления и увеличения точности отливки. Конусность стенок металлической формы и металлических стержней должна быть достаточной для быстрого извлечения из формы, в противном случае из-за затрудненной усадки могут возникнуть остаточные напряжения и трещины. Конусность стенок формы выбирают в пределах 0,5… Г, металлических стержней — 1,5…3°.

Отливка не должна иметь резких переходов от стенок одной толщины к стенкам другой толщины. Чтобы устранить возможность образования усадочных раковин и снизить гидравлическое сопротивление формы движению металла при заливке, применяют плавные переходы толщин стенок отливки.

Ребра, бобышки и иные выступы должны быть расположены перпендикулярно плоскости разъема формы, что устраняет применение дополнительных стержней или отъемных частей. Не допускают двустороннюю механическую обработку стенок отливки, так как припуск при этом увеличивает разностейность, а при обработке резанием удаляется наиболее качественный слой металла. Литым деталям, изготавливаемым из сплавов с большой линейной усадкой и имеющим значительную плоскую поверхность, придают изогнутую форму или применяют ребра жесткости.

В отливке избегают глубоких отверстий малого диаметра. Применение металлических форм с металлическими стержнями при изготовлении отливок из цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов позволяет получать их со сквозными отверстиями диаметром от 8 мм и более, при толщине стенок не более 3 диаметров, а из медных сплавов — 10 мм, при толщине стенок не более 2 диаметров. Глубина глухих отверстий не должна превышать соответственно 2 и 1,5 диаметров.

В процессе проектирования литых деталей, намечаемых для изготовления в металлических формах, вначале определяют положение отливки в форме. Положение отливки в форме определяет конструкцию последней, необходимость того или иного разъема у формы, а следовательно, конструктивное оформление наружных поверхностей и внутренних полостей у отливок.

Отливки, основу геометрической формы которых составляют цилиндры, следует располагать в металлической форме, как показано на рис. 19.2, а. Если у таких отливок диаметр в 1,5 раза и более превышает высоту, то металлическую форму целесообразно проектировать без разъема. Если форма должна иметь разъем, то он проходит по вертикали.

Рис. 19.2. Схемы расположения отливок в металлических формах: а — отливки с отверстиями цилиндрической формы; б — плоские отливки; в — отливки типа коробок Отливки больших и средних размеров, основу геометрической формы которых составляют плиты (типа крышек, фланцев, рамок), целесообразно располагать в форме вертикально (рис. 19.2, б). Отливки типа закрытых коробок или корпусов следует располагать при расположении выходными отверстиями вниз (рис. 19.2, в).

В связи с пониженной газопроницаемостью металлических форм в протяженных плоских элементах литых деталей, располагаемых в форме в горизонтальном положении (особенно в верхней части формы), образуются подкорковые газовые раковины (рис. 19.3, а). Если невозможно избежать подобного явления, следует изменить конструкцию соответствующих элементов литой детали, придав им уклоны (рис. 19.3, б). Оптимальный вариант расположения отливки в форме должен обеспечить возможность получения наиболее простой конструкции самой металлической формы, с несложным и легким ее разъемом. Определяя положение отливки, следует по возможности не допускать пересечения разъемом базовых поверхностей.

Любая конструкция металлической формы обязательно должна обеспечить свободное, беспрепятственное удаление из нее готовой отливки. Для этого проектируемые детали должны иметь простую внешнюю конфигурацию. Препятствовать свободному извлечению отливки из формы могут различные элементы, вы;

Рис. 19.3. Изменение формы отливок для исключения газовых раковин: а — форма, при использовании которой образуются раковины; б — измененная форма ступающие на наружной поверхности, или местные углубления, если они конструктивно оформлены без учета положения поверхности разъема формы.

Внутренние полости и отверстия при литье в металлические формы выполняют за счет применения металлических или песчаных стержней. Применение металлических стержней дает ряд преимуществ: обеспечивает более равномерное охлаждение сплава, как с внешних, так и с внутренних сторон отливки, повышает размерную точность и уменьшает шероховатость поверхностей у отливок, приводит к увеличению производительности в работе с металлическими формами. Внутренние полости отливок, получаемые с помощью металлических стержней, не должны иметь элементов, препятствующих свободному извлечению этих стержней. Здесь целесообразно перенесение подобных элементов с внутренних поверхностей на наружные, с соответствующим их конструктивно-технологичным оформлением. Металлические стержни делают обычно подвижными. Удалять стержни нужно своевременно, так как преждевременное удаление стержня может вызвать повреждение отливки, а задержка приводит к возникновению больших усадочных напряжений и затрудняет извлечение стержня, что нередко приводит к возникновению трещин в отливке. Следовательно, применение металлических форм с металлическими стержнями возможно только в условиях механизации процессов их сборки и разборки. Это также приводит к усложнению конструкции металлических форм, значительному повышению стоимости их изготовления, необходимости применения специализированных литейных машин, что в конечном итоге оказывается экономически целесообразно только в условиях крупносерийного и массового производства. В большинстве случаев металлические формы с металлическими стержнями применяют для получения отливок с относительно несложной конфигурацией из легких цветных сплавов.

Если по конструктивным или иным соображениям внутренние полости невозможно выполнить в отливке за счет металлических стержней, то применяют песчаные стержни. Песчаные стержни позволяют получать внутренние полости сложной конфигурации, и при этом возможно перенесение отдельных элементов конструкции детали (мешающих удалению из формы) с наружных поверхностей на внутренние. При этом следует учитывать, что металл в элементах, расположенных на внутренних поверхностях и выполняемых в стержнях, охлаждается значительно медленнее, чем в наружных стенках. Поэтому необходимо уменьшать сечение таких элементов (например, ребер) и принимать их толщину равной 0,6…0,7 толщины наружных стенок. В случае применения песчаных стержней положение проектируемой детали в литейной металлической форме должно обеспечивать удобство и легкость установки стержней в форму при сборке, надежное их крепление и устойчивое положение.

Для обеспечения легкого извлечения металлических стержней из отливок и удаления самой отливки из формы в конструкции деталей должны быть предусмотрены литейные конструктивные уклоны. Уклоны на внутренних поверхностях, выполняемых металлическими стержнями, применяют для отливок из цинковых и магниевых сплавов в пределах 2…3%; алюминиевых и медных сплавов — 1,5%. Уклоны на наружных стенках отливок, располагающихся в форме перпендикулярно поверхности ее разъема, зависят от метода получения форм. Если форма имеет литые необработанные поверхности, то уклоны составляют.

2…4%, у форм с обработанными поверхностями 1 …2% при высоте стенок до 100 мм, и меньше 1% — при большей высоте стенок.

В целях повышения стойкости металлических форм у деталей не допускают острых углов. У деталей из серого чугуна наличие острых углов может вызвать явление отбела. Поэтому даже у небольших по размерам и массе деталей радиусы скругления не должны быть менее 3…4 мм. Минимальная допустимая толщина сечений у элементов литых деталей зависит от вида сплава и размеров детали: для мелких деталей цветных металлов и серого чугуна она составляет 4 мм, для деталей из углеродистой стали — 8… 10 мм; для крупных деталей — соответственно 5…6 мм и 12…20 мм.

Повышенные скорости охлаждения сплавов требуют особенно строгого выполнения всех рекомендаций, способствующих уменьшению внутренних напряжений. Наиболее благоприятными следует считать конструкции, создаваемые по принципу одновременного затвердевания металла в форме. Детали с массивными сечениями или с узлами местного скопления металла, особенно из сплавов с повышенной объемной усадкой, необходимо проектировать по принципу направленного затвердевания металла. Они должны быть технологичны с точки зрения удобства установки прибылей и питающих выпоров. В металлических формах прибыли чаще всего бывают открытого типа и размешаются по возможности в песчаных стержнях. Для удобства установки прибылей и выпоров массивные узлы отливок располагают в верхних частях металлической формы.

Точность размеров отливок зависит в первую очередь от точности изготовления металлической формы. Металлические формы без механической обработки рабочих поверхностей чаще всего применяют при изготовлении тяжеловесных крупных отливок из чугуна и стали, точность их невысока. Металлические формы, изготовленные механической обработкой, имеют большую точность, и получаемые в них отливки из чугуна и стали имеют отклонения в среднем 0,6… 1,2 мм. Если в подобных формах получаются отливки из цветных сплавов, то допуски на их размеры могут составлять 0,5…0,9 мм.

Если отливки необходимо механически обрабатывать, то при проектировании деталей уделяют большое внимание выбору базовых поверхностей, системе простановки размеров и влиянию припусков на технологичность конструкции.