Анализ конфигурации отливки и определение узлов питания

 

Для организации питания отливок, прежде всего, необходимо проанализировать конфигурацию отливки с точки зрения направленности затвердевания.

Принцип направленного затвердевания реализуется при выполнении двух условий:

- по мере приближения к прибыли продолжительность затвердевания сечений отливки должна монотонно увеличиваться;

- сплав в прибыли должен затвердевать последним.

Очевидно, что при одинаковых теплофизических условиях направленность затвердевания отливки обеспечивается в том случае, если толщина стенки отливки по направлению к прибыли монотонно увеличивается.

В тех элементах отливки, где нарушается направленность затвердевания, возникают усадочные дефекты, к таким участкам относятся местныесужения сечения отливки. За сужениями будут находиться зоны отливки, которые не могут быть пропитаны из прибыли. Если не организовать питание из прибылей, установленных для этих зон, то в них образуются усадочные дефекты.

Увеличивать направленность затвердевания способствует подвод металла в толстую часть отливки (тепловой узел), над которым расположена прибыль, или подвод металла в толстую часть отливки через прибыль (рис. 4, б).

Принцип направленного затвердевания является универсальным, пригодным для любых отливок из любых сплавов.

Универсальному принципу направленного затвердевания присущи существенные недостатки — неодновременность затвердевания отливки и, следовательно, повышенная склонность к горячим трещинам, значительная разность температур в объеме отливки и повышенная склонность к временным температурным напряжениям, а в последующем — к остаточным напряжениям.

В технологической практике при анализе конфигурации отливки широко применяют метод вписанных окружностей или шаров.

Проверка выполнения этого принципа осуществляется методом выкатывания шарика. В самый тонкий элемент узла мысленно помещается шарик (рис.5), который при переходе в каждый новый элемент расширяется (сжиматься он не может). Если шарик беспрепятственно выкатывается в прибыль, значит, принцип направленного затвердевания выполнен.

Рис. 5. Определение возможности образования усадочных дефектов

методом вписанных окружностей

 

Применение данного метода наглядно иллюстрируется схемами на рис. 5. Окружность, вписанные в участок 1 (рис. 5, а), нельзя выкатить в прибыль. Поэтому если не принять необходимых мер, в этих участках отливки образуются усадочные дефекты. Для их питания можно, например, установить дополнительные прибыли. На рис. 5, б, в показаны отливки, удовлетворяющие принципу направленного затвердевания, так как окружности, вписанные во все элементы отливки, можно беспрепятственно выкатить в прибыль.

Для обеспечения эффективного питания отливки необходимо, чтобы все изолированные друг от друга массивные части получали питание из прибылей. Изолированными частями отливки называются те части, из которых нельзя выкатить вписанные в них окружности через соседние элементы в другие массивные части.

Рис. 6. Разделение отливки на узлы питания.

 

На практике эти изолированные узлы отливки называются узлами питания. Очевидно, что число устанавливаемых прибылей должно быть равно числу питаемых узлов.

С целью соблюдения принципа направленного затвердевания иногда приходится вынужденно идти на увеличение сечения отливки за счет создания так называемых технологических напусков.

Рис. 7. К определению технологических напусков термических узлов у сложной отливки: а) Наличие канавок приводит к отсутствию направленности затвердевания.б) применение напусков позволяет создать направленное затвердевание

 

На рис. 8 показаны примеры определения числа узлов питания для некоторых отливок. В отливке «Колесо» (рис. 8, а) можно выделить два изолированных массивных узла. Действительно, окружность, вписанную в узел 1, нельзя выкатить через тонкий диск в узел 2 и в прибыль, расположенную над ним. Аналогично, в узел 1 нельзя выкатить окружность, вписанную в узел 2. Поэтому у данной отливки будет два питаемых узла: узел, включающий в себя ступицу и часть диска, и узел, включающий в себя обод и часть диска. Над каждым из этих узлов необходимо установить прибыль. А для узла 2 необходим технологический напуск для улучшения направленности затвердевания в узле, как это показано на рис 8,г.

 

Рис. 8. Примеры определения узлов питания для отливок: а - «Колесо»; б- «Корпус»; в - «Цилиндр». Эскиз отливки зубчатого колеса

 

В отливке «Корпус» (рис. 8, б) тоже два питаемых узла, включающих в себя массивные узлы 1 и 2. Массивный узел 3 не является изолированным от узла 2, так как вписанную в него окружность можно выкатить через тело отливки в узел 2 и в прибыль над ним (разрез А-А на рис. 8, б). Поэтому узел 3 будет пропитан из прибыли над узлом 2.

На рис. 8, в показана отливка «Цилиндр», представляющая собой единый питаемый узел, так как окружность, вписанную в любом месте сечения тела отливки, можно выкатить в массивный узел 1 и в прибыль. Как видно на рис. 8, а, окружность 2 нельзя выкатить через тело отливки в прибыль. Поэтому можно сделать вывод, что принцип направленного затвердевания в ступице не выполняется, и прибыль не обеспечит питание узла 2. Для обеспечения направленного затвердевания отливок применяются различные мероприятия.