Тема 4. Литые
детали, способы механической
обработки, заготовка
4.1. Конструирование литых
деталей
Отливаются детали
машиностроения из чугуна, стали, цветных металлов и разнообразных
сплавов. Наиболее распространённым материалом является чугун. При
получении отливок главное внимание обращается на создание условий для
равномерного остывания залитого в форму металла, так как от этого в
значительной мере зависит прочность изделия.
Известно, что при
охлаждении отливок происходят усадки и возникают остаточные (литейные)
напряжения. Они нередко приводят к последующему, порой значительному
короблению деталей. В естественных условиях напряжения выравниваются
(снимаются) очень медленно; для крупных и сложных станин на это
требуется несколько месяцев. Чтобы не тормозить производство, отливки
иногда передают из литейного цеха на механическую обработку, не дав им
даже как следует остыть. Это кончается не всегда благополучно.
Собранные из таких деталей узлы машин, особенно если отливки сложные,
через некоторое время отказываются работать. А при выяснении причин
разладки оказывается, что естественное выравнивание литейных напряжений
привело к короблению деталей, подшипники перекосились, шипы заклинило,
и валы не проворачиваются.
Борьбу с литейными
напряжениями ведут, придавая деталям такие формы, при которых толщины
стенок отливки получаются одинаковые, правильно подводя металл к
пустотам литейной формы при заливке. При этом толщина внутренних стенок
должна составлять 0,8 от наружных. Для медленно остывающих участков
отливок применяются специальные охладители, подбираются составы металла
и т. д. простая обтекаемая внешняя форма без резких переходов, крутых
изгибов и разветвлений внутренних стенок – важнейшее
требование к отливкам.
Надо
предусматривать и возможность лёгкого всплывания шлаков и газов,
выделяющихся при отливке. Следует мысленно поднять со дна формы газовые
и шлаковые включения и проследить, чтобы они не задерживались в
каких-либо «карманах».
Литые фланцы делают
в 1,5 – 2 раза толще прилегающих стенок.
Выполнять в литье
отверстия малого диаметра и большой длины затруднительно. Размер
минимального отверстия можно определить по формуле 
, где l
– длина отверстия; d0=
5 для алюминиевых сплавов и бронз, d0=
7 для чугунов, d0=
10 для сталей. Отверстия меньшего размера необходимо сверлить. Длинные
каналы можно получить заливкой трубок.
Устоявшееся
представление, что литым деталям необходим формовочный уклон, работами
новаторов опровергнуто. Если модели сообщить колебания определённой
частоты, то она легко «всплывает», не повреждая
вертикальных стенок, выполненных без уклонов. Так достигается экономия
металла, получаются гладкие стенки, снижается трудоёмкость последующей
обработки.
При конструировании
литых деталей надо стремиться к оптимальным толщинам стенок отливок. С
увеличением толщины стенок замедляется скорость охлаждения, из-за этого
в металле образуются крупные кристаллы, возникает ликвация
(неоднородность), снижается механическая прочность.
Чрезмерно тонкие
стенки чугунной отливки, особенно при большой протяженности, приводят к
отбелу чугуна, хрупкости и затрудняют последующую механическую
обработку. Отбеленный чугун настолько твёрд, что не поддаётся обработке
резцом.
Чугун
сопротивляется сжатию значительно лучше, чем растяжению, поэтому
конструктору нужно стремиться к тому, чтобы заставить чугунные детали
работать только на сжатие.
Применение стержней
при формовке неизбежно увеличивает стоимость отливок, поэтому следует
возможно шире использовать бесстержневую формовку. Освещая условно
деталь на чертеже пучками встречных параллельных световых лучей,
направленных перпендикулярно линии разъёма модели, определяются теневые
участки на деталях и пытаются их ликвидировать без увеличения массы и
уменьшения прочности. Если это удалось, то процесс отливки не будет
усложнён введением стержней, образующих различные пустоты и выемки у
проектируемой детали.
Разрабатывая форму
литой детали, надо избегать вычурности в очертаниях, что упростит
изготовление и установку стержней для образования пустот. Прежде чем
конструировать литую деталь, задайтесь вопросом: обязательно ли она
должна быть литой? Может быть её лучше получить штамповкой, сделать
сварной или отпрессовать из пластмассы?
Деталь сложной
конфигурации, которую трудно обрабатывать, иногда расчленяют на две
детали простой формы, а потом собирают, например, запрессовкой. При
прессовых посадках фаска выполняется под углом 10 – 15°,
а не
45°, как обычная, сглаживающая острую кромку.
|
