Конструирование литых деталей

Литье широко применяют для изготовления фасонных деталей от мелких до самых крупных типа базовых и корпусных. У многих машин (двигатели внутреннего сгорания, тур­бины, компрессоры, металлорежущие станки и т. д.) масса литых деталей составляет 60 – 80% массы машины.

С помощью литья можно получить детали самой сложной конфигурации, невыполнимые другими способами формообразования. Ли­тейный процесс производителен и недорог.

Для литых деталей характерны пониженная прочность, различные механические показате­ли в разных участках отливки, склонность к образованию дефектов и напряжений. Каче­ство отливки зависит от технологии литья и конструкции детали, поэтому конструктор должен знать основные правила литейной тех­ники и уверенно владеть приемами, обеспечи­вающими получение качественных отливок при наименьших производственных затратах.

Рассмотрим наиболее распространенный способ – литье в песчанные формы. Многие правила конструирования деталей, отливае­мых в песчаные формы, действительны и для других способов литья.

Толщина стенок и прочность отливок

Стенки литых деталей обладают неодинако­вой прочностью в поперечном сечении из-за различия условий кристаллизации. Прочность максимальна в поверхностном слое, где ме­талл вследствие повышенной скорости охлаж­дения приобретает мелкокристаллическую структуру и где образуются благоприятные для прочности остаточные напряжения сжатия. В поверхностном слое чугунных отливок пре­обладают перлит и цементит. Сердцевина, за­стывающая медленнее, имеет крупнокристал­лическое строение с преобладанием феррита и графита. В ней нередко образуются ден­дритные кристаллы и возникают усадочные раковины и рыхлоты.

Чем массивнее стенка, тем резче разница между прочностью сердцевины и корки, поэто­му увеличение толщины стенок не сопровож­дается пропорциональным увеличением проч­ности отливки.

По этим причинам, а также для уменьшения массы целесообразно выполнять стенки отли­вок наименьшей толщины, которая допускает­ся условиями литья. Необходимую жесткость и прочность обеспечивают оребрением, приме­нением рациональных профилей, приданием детали выпуклых, сводчатых, сферических, ко­нических и тому подобных форм. Такой метод всегда приводит к получению более легких конструкций.

На видах рис. 40 показаны примеры нерацио­нального оформления литых деталей в виде массивных отливок (г) и рационального – в виде тонкостенных конструкций (д).

Механическую обработку литых деталей следует сводить к минимуму не только в инте­ресах сокращения стоимости изготовления, но и по соображениям прочности (при механиче­ской обработке удаляется наиболее прочный поверхностный слой). Участки, подвергаемые механической обработке, усиливают, утолщая прилегающие стенки.

Рис. 40. Формы литых деталей

Формовка

Конструкция отливки должна обеспечивать простое и удобное изготовление формы. Это условие разделяется на следующие, частные:

­ модель должна беспрепятственно извле­каться из формы;

­ стержни должны свободно формоваться в стержневых ящиках;

­ конфигурация и крепление стержней не должны препятствовать сборке формы.

Устранение подрезок

Для свободного извлечения модели из формы нужно, чтобы на поверхности модели не было подрезок – выступов или углубле­ний, расположенных перпендикулярно или наклонно к направлению выемки, которые при извлечении модели срезают отформованные участки.

На рис. 41, а показана схема подрезки. Де­таль имеет наклонные ребра. При извлечении модели (направление извлечения показано штриховкой, перпендикулярной к плоскости А –А разъема формы) ребра срезают участки формы, зачерненные на рисунке. Для устране­ния подрезки можно выполнить части модели, мешающие выемке, отъемными или выдвиж­ными. Перед извлечением модели эти части отнимают или убирают внутрь модели, после чего модель выходит из формы. По другому способу модель изготовляют с заполнением подрезаемых участков; такая модель дает форму, изображенную на виде б. Требуемую конфигурацию получают установкой в форме закладных стержней после извлечения модели (вид в).

Рис. 41. Подрезки и способы их устранения

Все эти способы усложняют и удорожают формовку. Целесообразнее придать детали конфигурацию, исключающую подрезку. При расположении ребер параллельно направле­нию извлечения (вид г) модель беспрепят­ственно выходит из формы.

При конструировании отливки необходимо иметь ясное представление о расположении плоскости разъема и о положении детали в форме при заливке. Как правило, детали от­ливают ответственными поверхностями вниз, так как металл в нижних частях отливки полу­чается более плотным и качественным, чем в верхних частях. Установив плоскость разъе­ма, необходимо последовательно просмотреть все элементы конструкции и устранить под­резки.

В табл. 10 приведены примеры подрезок в типовых машиностроительных деталях и способы их устранения.

Разъем форм

Следует избегать разъема форм по на­клонным и ступенчатым плоскостям, ослож­няющего изготовление форм.

Для формовки рычага со смещенными пле­чами (рис. 42, а) требуется ступенчатый разъ­ем. Формовка упрощается при расположении плеч в одной плоскости (вид б).

Формовку криволинейного патрубка (рис. 43, а) можно упростить, выпрямив ось па­трубка при незначительном изменении распо­ложения привязочных точек патрубка (вид б), а при необходимости и с сохранением его (вид в).

Рис. 42. Устранение ступенчатого разъема формы

Рис. 43. Упрощение формовки криволинейных патрубков

Для удешевления производства и повыше­ния точности отливки следует всемерно упро­щать форму отливок. Контуры деталей и внутренних полостей рекомендуется образовы­вать простейшими линиями – прямыми, дуга­ми окружности и т. д. Крупные и сложные литые летали целесо­образно разделять на части.