Конструирование литых металлических деталей

Изготовление деталей из отливок дает значительный экономический эффект; литье позволяет получать детали сложной конфигурации, невыполнимые другими способами формообразования. Следует помнить, что механические свойства деталей из литейных сплавов несколько хуже, чем у деталей, получаемых из деформируемых сплавов. При заданной механической прочности минимальная масса и габаритные размеры литой детали достигаются оптимальным распределением материала по сечениям детали, уменьшением и правильным выбором сечений стенок, наилучшим использованием механических качеств литейного материала, что частично может компенсировать пониженные механические свойства отливок [54,34].

Если механические свойства литейного сплава удовлетворяют требованиям конструкции, а деталь имеет сложные криволинейные поверхности, полости и выступы, расположенные в различных направлениях, или она должна быть изготовлена из сверхпрочных сплавов, с трудом поддающихся механической обработке, то рекомендуется применять литье.

Формы детали должны выбираться с учетом способа литья и технологических свойств литейного сплава. Количество обрабатываемых поверхностей следует, по возможности, уменьшать. Точность размеров литых заготовок и, следовательно, коэффициент использования материала (КИМ) зависит от способа литья. Литье в песчаные формы позволяет получить КИМ порядка 0.6; литье в кокиль – 0.65; в оболочковые формы – 0.85; по выплавляемым моделям – 0.9; литье под давлением – 0.95.

Квалитет точности, шероховатость поверхности и предельные отклонения размеров отливок при различных способах литья приведены в табл. 4.4 – 4.6.

Для получения прочной и жесткой детали при наименьшей массе целесообразно выполнять тонкостенную оребренную конструкцию. Следует выбирать минимальную толщину стенок, обеспечивающую прочность конструкции. Необходимо стремиться к равномерной толщине стенки по сечению, избегая резких переходов, местных утолщений (переходы к другой толщине стенки должны быть плавными). Тонкие, равномерной по сечению толщины стенки равномерно охлаждаются, обладают наилучшими

механическими свойствами, обеспечивают оптимальные механические свойства в местах переходов и сопряжений стенок и ребер, а также снижают трудоемкость изготовления отливок и массу детали. Ребра жесткости и внутренние стенки литых деталей рекомендуется выполнять более тонкими, чем наружные стенки (в пределах 0.6 - 0.8 толщины наружных стенок).

Во избежание сосредоточения массы материала, приводящего к появлению рыхлот и раковин, необходимо применять разрежение массивных мест, что достигается выбором правильного вида сопряжений, применением ребер жесткости и конструктивных отверстий. Применение ребер жесткости позволяет

 

Таблица 4.4

Рекомендации по выбору способа литья

Назначение, габаритность и серийность производства детали	Наиболь-ший габарит, мм	Способ литья	Квалитет точности / Шероховатость поверхности
Детали из цветных металлов
Крупногабаритные детали высокой точности и качества поверхности для мелкосерийного производства		В песчаные формы	10-11/ Ra20
Детали любой конфигурации для серийного производства		В кокиль	14-15/ Ra10
Крупногабаритные детали каркаса с тонкими стенками		В оболочковые формы	14-15/ Ra5
Детали сложной формы, трудоемкие для механической обработки		По выплавляемым моделям	12-14/ Ra5
Тонкостенные детали (d=2.5-3.0 мм) сложной конфигурации		Под давлением	12-14/ Ra2.5
Тонкостенные детали типа панелей		Выжиманием	12-14/ Ra10
Малогабаритные тонкостенные (d³2 мм) замкнутые отсеки		Под низким давлением	12-14/ Ra10
Детали из стали и титановых сплавов
Крупногабаритные детали невысокой точности и качества поверхности для мелкосерийного производства		В песчаные формы	7-11/ Ra20
Детали любой конфигурации для серийного производства		В кокиль	14-15 / Ra10
Крупногабаритные плоскостные детали с тонкими стенками		В оболочковые формы	14-15/ Ra5
Детали сложной формы, трудоемкие для механической обработки		По выплавляемым моделям	12-14/ Ra5

 

 

Таблица 4.5

Классификация размеров отливок и обозначения

Вид размера	Обозначение	Определение вида размера
Размеры необрабатываемых длин	Д	Все линейные размеры (длин, диаметров и т.п.) за исключением толщины тел и размеров между необрабатываемыми поверхностями и обрабатываемыми
Размеры необрабатываемых толщин	Т	Все толщины стенок, ребер, фланцев и т.п., когда они не подвергаются механической обработке
Размеры между необрабатываемыми поверхностями	М	Все линейные размеры между необрабатываемыми поверхностями и обрабатываемыми (включая толщины тел), а также радиусы ушек и бобышек с просверленными отверстиями

 

Обозначение вида предельного отклонения

Предельные отклонения на любой размер одного вида (Д, Т или М) являются для детали равными и устанавливаются по ее наибольшему габаритному размеру

ДЛт

 

Таблица 4.6

Предельные отклонения размеров отливок

Наибольший габаритный размер литой детали, мм	Отклонения, мм
верхнее	нижнее	верхнее	нижнее	верхнее	нижнее
4 класс	ДЛт4	ТЛт4	МЛт4
	до 60	+0.4	-0.4	+0.4	-0.4	+0.4	-0.5
Св. 60	до 100	+0.5	-0.5	+0.5	-0.5	+0.5	-0.5
Св. 100	до 160	+0.5	-0.5	+0.5	-0.5	+0.6	-0.6
Св. 160	до 250	+0.6	-0.6	+0.6	-0.6	+0.7	-0.7
Св. 250	до 400	+0.8	-0.8	+0.7	-0.7	+1.0	-1.0
5 класс	ДЛт5	ТЛт5	МЛт5
	до60	+0.6	-0.6	+0.6	-0.6	+0.6	-0.6
Св. 60	до 100	+0.7	-0.7	+0.7	-0.7	+0.7	-0.7
Св. 100	до 160	+0.8	-0.8	+0.8	-0.8	+0.8	-0.8
Св. 160	до250	+0.9	-0.9	+1.0	-1.0	+1.0	-1.0
Св.250	до 400	+1.0	-1.0	+1.0	-1.0	+1.2	-1.2
6 класс	ДЛт6	ТЛт6	МЛт6
	до 60	+0.8	-0.8	+1.0	-1.0	+1.0	-1.0
Св. 60	до 100	+0.9	-0.9	+1.0	-1.0	+1.0	-1.0
Св. 100	до 160	+1.0	-1.0	+1.2	-1.2	+1.2	-1.2
Св. 160	до 250	+1.1	-1.1	+1.2	-1.2	+1.2	-1.2
Св. 250	до 400	+1.2	-1.2	+1.2	-1.2	+1.5	-1.5

 

снизить внутренние напряжения в местах сопряжения стенок различного сечения, предотвратить коробление, образование трещин и дефектов усадочного происхождения.

Ребрам жесткости следует придавать криволинейную форму (обычно выполняется конусный уклон 1:20... 1:50) во избежание трещин в местах стыка их с основными стенками детали. Ребра жесткости рекомендуется располагать на прямых участках детали в плоскости разъема или перпендикулярно ей. Желательно шахматное или радиальное расположение ребер и перегородок (рис. 4.3,а).

В местах перехода толстостенных участков отливки в тонкостенные рекомендуется предусматривать внутренние ребра жесткости.

При выборе сопряжений стенок или ребер рекомендуется пользоваться правилом вписанных окружностей, то есть соотношение D/d (рис. 4.3,б) должно стремиться к единице при заданной толщине сопрягаемых стенок, чего можно достигнуть выбором радиусов сопряжений R. Отношение D/d не должно быть более 1,3.

Для получения оптимальных механических свойств в местах сопряжения стенок или ребер рекомендуется при выборе радиусов сопряжений руководствоваться следующими данными (рис. 4.3,в)

· для стенок толщиной до 10 мм во взаимноперпендикулярном сопряжении R = (a+b)/2 (для сплавов АЛ19 и ВАЛ10), R = (a+b)/3 (для остальных сплавов);

· при сопряжении стенок или ребер толщиной до 6 мм с массивными частями отливки R= . Величина внешних конструктивных радиусов берется из нормального ряда: 1; 2; 3; 5; 8; 10; 15; 20; 25; 30; 40 мм.

Отверстия в литых заготовках выполняются в тех случаях, когда отверстие имеет сложную форму, переменное сечение, и в случаях, когда целесообразно избежать механической обработки или уменьшить ее объем. Отверстия в стенках рекомендуется усиливать бортиками.

Рекомендации по выбору минимальной толщины стенки, минимальных размеров необрабатываемых отверстий и минимальных технологических радиусов даны в табл. 4.7 - 4.9.

 

Таблица 4.7

Минимальная толщина стенок отливки

Максимальная величина заливаемой горизонтальной площади, см^2	Минимальная толщина стенки S, мм
Алюминиевые и магниевые сплавы	Стали	Титановые сплавы
В песчаные формы	В кокиль	В оболочко-вые формы	Под давле-нием	По выплавля-емым моделям	В керамичес-кие формы	По выплавля-емым моделям и набивные
До 25	3.0	3.0	2.0	1.0	1.5	2.0	2.0
Св. 25 до 100	3.5	3.5	2.5	1.5	2.0	2.5	2.0
Св. 100 до 225	4.0	4.0	3.0	2.0	2.5	3.0	3.0
Св. 225 до 400	4.5	5.0	3.5	2.5	3.0	3.5	4.0

Таблица 4.8

Минимальные размеры необрабатываемых отверстий в отливках

	Сплавы
	Алюминиевые и магниевые	Титановые	Стали
Параметры отверстия	В песчаные формы	В кокиль	По выплавля-емым моделям	По выплавля-емым моделям	В набив-ные формы	В оболочко-вые формы	По выплавля-емым моделям
Минимальный диаметр отверстия d, мм	8-10						2.5
Минималь-ная глубина отверстия , мм	сквозного	10d	10d	2d	10d	10d	10d	2d
глухого	5d	5d	1d	5d	5d	5d	1d

Таблица 4.9

Минимальные технологические радиусы отливок, мм

Радиусы галтелей на вершинах стенок и ребер r	Мелкие отливки по выплавляемым моделям r=0.5 Отливки в землю и кокиль r=2.0 Отливки в оболочковые формы r=1.0
Радиусы сопряжений R	Отливки по выплавляемым моделям R=0.25 Остальные виды отливок R=3.0