Урок 27,28. Расчет литой заготовки. Разработка чертежа отливки.
РОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИВОДСТВО ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ 1.1. Общие сведения о литейном производстве
Отливки получают в разовых песчаных, металлических и в оболочковых формах, литьем под давлением, по выплавляемым моделям и другими способами. Наиболее широко используют литье в песчаные формы, возможности которого и рассматриваются в данном пособии.
Работоспособность литой детали, величина затрат на производство заготовок зависят во многом от того, насколько полно учтены все особенности и технологические возможности выбранного способа литья. Поэтому конструктор должен знать основы технологии литейного производства и уметь проектировать не только работоспособные, но и высокотехнологичные изделия.
Процесс изготовления литейных форм, особенности всех способов литья рассматриваются в лекционном курсе и учебной литературе [7].
1.2.Литейные материалы и их свойства
Выбор сплава - - важный этап в деятельности конструктора. Сплав должен обеспечивать механические свойства, необходимые для условий работы детали, быть по возможности дешевым и иметь высокие технологические свойства.
Для отливок применяют сплавы на основе железа (черные сплавы) и цветных металлов: алюминия, меди, титана, магния и др.
Цветные сплавы являются сравнительно дорогими, поэтому их используют по специальному назначению, исходя из условий работы детали и требуемых свойств материала.
Черные сплавы по возрастанию их стоимости можно рас положить в следующей последовательности: чугун серый, высокопрочный, ковкий; стали углеродистая литейная,
легированная литейная, высоколегированная литейная. Причем, как правило, чем выше механические характеристики сплава и чем больше в нем легирующих элементов, тем он дороже. Механические свойства и примерное назначение части сплавов приведены в табл. 1.1 и 1.2.
Серый чугун имеет сравнительно небольшую прочность, является хрупким, но успешно применяется при статических нагрузках. Обладает высокой жидкотекучестью, малой усадкой, хорошо обрабатывается резанием, сварке не подлежит. Серый чугун имеет высокие антифрикционные свойства, так как содержит в структуре пластинчатый графит, хорошо гасит вибрацию.
Высокопрочный чугун получают из расплавленного серого чугуна введением дополнительных модификаторов (магний, церий), способствующих выделению не пластинчатых, а шаровидных включений графита. В результате возрастают прочность и пластичность чугуна. К технологическим свойствам высокопрочного чугуна следует отнести высокую жидкотекучесть, значительную усадку, хорошую обрабатываемость резанием.
Ковкий чугун применяют для небольших отливок, когда за счет легирующих добавок (W, Сг, Мо, V) и быстрого охлаждения •металла углерод сохраняется в виде цемента Ре3С, т. е. чугун становится белым. Готовые отливки подвергают длительному отжигу, при котором цементит распадается на железо и графит. Последний выделяется в виде мелких хлопьевидных включений, а основу структуры чугуна составляет перлит или феррит. Поэтому прочность ковкого чугуна приближается к прочности некоторых сталей при наличии удовлетворительной пластичности, что позволяет использовать его при динамических нагрузках. Жидкотекучесть белого чугуна ниже, а усадка выше, чем серого.
Для отливок применяют так же и специальные чугуны: антифрикционные, жаростойкие.
Сталь литейная (как углеродистая, так и легированная), имеющая высокую прочность, пластичность, используется для получения тяжелонагруженных ответственных деталей сложной формы.
Малоуглеродистые стали, содержащие до 0,3% углерода, обладают высокой пластичностью и ударной вязкостью, хорошо свариваются, однако имеют низкую жидкотекучесть. Жидкотекучесть среднеуглеродистых сталей выше, чем малоуглеродистых, но значительно уступает жидкотекучести чугуна, обрабатываемость резанием удовлетворительна. Литейные стали обладают высокой прочностью, особенно легированные.
Механические свойства чугунных отливок
|
Твердость |
Относитель- |
Предел |
Марка |
Назначение |
НВ.МПа |
ное удлине- |
прочности |
чугуна |
|
|
ние, |
МПа |
|
|
|
,% |
|
|
Серый чугун. ГОСТ 1412 - 85 |
||||
Бытовые приборы, |
1900 |
|
100 |
СЧ10 |
противовесы, плиты |
|
|
|
|
Детали машин с толщиной |
2100 |
|
150 |
СЧ15 |
стенки до 40 мм, |
2300 |
|
200 |
СЧ20 |
работающие при не больших |
|
|
|
|
нагрузках; корпусные де- |
|
|
|
|
тали,' маховики, арматура |
|
|
|
|
низкого давления, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
поршневые кольца, крон- |
|
|
|
|
штейны и т. п. |
|
|
|
|
Детали машин, |
2450 |
|
250 |
СЧ25 |
испытывающие повышенные |
2600 |
|
300 |
СЧЗО |
статические нагрузки: |
2750 |
|
350 |
СЧ35 |
станины станков, блоки и |
|
|
|
|
гильзы цилиндров, шкивы, |
|
|
|
|
зубчатые колеса, корпуса |
|
|
|
|
Высокопрочный чугун. ГОСТ 7293 - 85 |
||||
Тяжелона1руженные |
1400-1700 |
22 |
350 |
ВЧ35 |
детали сложной формы: |
1400 - 2020 |
15 |
400 |
ВЧ40 |
станины. барабаны, |
1400-2250 |
10 |
450 |
ВЧ45 |
коленчатые валы, корпусные |
1530-2450 |
7 |
500 |
ВЧ50 |
детали турбин, насосов и др. |
1920-2770 |
3 |
600 |
ВЧ60 |
Используется как заменитель |
2280 - 3020 |
2 |
700 |
ВЧ70 |
стали |
2480-3510 |
2 |
800 |
ВЧ80 |
|
2700-3600 |
2 |
1000 |
ВЧ100 |
Ковкий чугун. ГОСТ 1215-79 |
||||
Небольшие тонкостенные |
1000-1630 |
6 |
294 |
КЧ 30 - 6 |
детали, работающие при умеренных динамических нагрузках: ступицы, |
1000-1630 1000-1630 1100-1630 1700-2300 |
8 10 12 5 |
323 333 362 441 |
КЧ 33 - 8 КЧ 35-10 КЧ 37-12 КЧ 50 - 5 |
шестерни, червячные колеса, |
200-2690 |
3 |
588 |
КЧ 60-3 |
тормозные колодки, паровая |
|
|
|
|
арматура, картеры, корпуса |
|
|
|
|
редукторов. |
|
|
|
|
Свойства конструкционной литейной стали (ГОСТ 977-88)
Назначение |
Ударная вязкость |
Относительное удлинение
|
Временное сопротивление
|
Предел текучести
|
Категория прочности |
Марка стали |
Детали, работающие |
491 |
24 |
392 |
196 |
К20 |
15Л |
при знакопеременных и |
491 |
22 |
412 |
216 |
К20 |
20Л |
ударных нагрузках: |
392 |
19 |
441 |
235 |
К20 |
25Л |
кронштейны, шестерни, корпуса двигателей, под- |
343 |
17 |
471 |
255 |
К25 |
ЗОЛ |
шипников. Сварнолитые |
|
|
|
|
|
|
изделия. |
|
|
|
|
|
|
Тяжелонагруженные |
343 |
15 |
491 |
275 |
К25 |
35Л |
детали машин: шестерни, |
394 |
14 |
520 |
294 |
КЗО |
40Л |
барабаны, станины, |
294 |
12 |
540 |
314 |
КЗО |
45Л |
корпуса. |
|
|
|
|
|
|
Детали, работающие |
245 |
И |
569 |
334 |
КЗО |
50Л |
при значительных |
|
|
|
|
|
|
контактных нагрузках: |
|
|
|
|
|
|
колеса, толкатели, опоры. |
|
|
|
|
|
|
Ответственные |
491 |
18 |
540 |
275 |
К25 |
20ГЛ |
тяжелонагруженные |
294 |
12 |
540 |
294 |
КЗО |
35ГЛ |
детали машин: диски, |
294 |
14 |
589 |
343 |
К35 |
ЗОГСЛ |
барабаны, зубчатые венцы, |
491 |
18 |
441 |
343 |
К35 |
08ГДНФЛ |
цапфы, корпусные детали |
343 |
15 |
589 |
392 |
К40 |
ЗОХГСФЛ |
турбин, литые детали |
294 |
12 |
687 |
540 |
К55 |
зохнмл |
вагонов, экскаваторов и |
294 |
12 |
785 |
638 |
К65 |
12ДХН1МФЛ |
Др. |
|
|
|
|
|
|
Различают три группы стальных отливок:
1— отливки общего назначения (для деталей, конфигурация и размеры которых определяются только конструктивными соображениями);
2 — отливки ответственного назначения (для деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при статических нагрузках);
деталью имеют припуски на механическую обработку. Припуск, т. е. дополнительный слой металла, подлежит снятию на металлорежущих станках с целью повышения точности размеров и обеспечения заданной шероховатости поверхности.
Припуски определяются по ГОСТ 26645-85 "Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку". Величина припуска зависит от размеров отливки, типа сплава и способов литья, которые определяют получаемую точность отливок.
Стандарт предусматривает 22 класса (1—16) размерной точности отливок, 22 класса точности массы, а также 11 степеней коробления отливки и 22 степени точности поверхности, которые должны быть указаны в технических требованиях на чертеже. Ненормируемые степени точности заменяют нулями. Например, для отливки 8-го класса размерной точности, 5-й степени коробления, 4-й степени точности поверхности, 7-го класса точности массы:
Точность отливки 8—5—4—7ГОСТ 26645-85 или
Точность отливки 8—0—0—7 ГОСТ26645-85. Классы размерной точности (точности размеров) отливки и классы точности массы отливки, получаемых в разовых песчаных формах при высокой степени уплотнения, можно определить по табл. 1.5. Другие способы литья, например литье в металлические формы, обеспечивают иные классы точности (см. ГОСТ).
Классы размерной точности отливок, получаемых в песчаных формах
Наибольший габаритный размер отливки, мм |
Тип сплава |
Ряды припусков |
|||
Цветные легкоплавкие |
Черные нетермо-обрабатываемые |
Чугунные термообрабатываемые и цветные тугоплавкие |
Сталь термо-обрабаты-ваемая |
||
Классы точности размеров |
|||||
До 100 |
5-10 |
6-11Т |
7Т-11 |
7-12 |
5-8 |
101-250 |
6-11Т |
7Т-11 |
7-12 |
8-13 |
6-9 |
251-630 |
7Т-11 |
7-12 |
8-13Т |
9Т-13 |
6-10 |
631-1600 |
7-12 |
8-13Т |
9Т-13 |
9-13 |
6-11 |
1601-4000 |
8-13Т |
9Т-13 |
9-13 |
10-14 |
6—12 |
|
|
|
|
|
|
Примечания:
1. Меньшие значения классов соответствуют массовому производству простых отливок, большие - - мелкосерийному и единичному производству сложных отливок, средние—серийному механизированному производству отливок средней сложности.
2. Меньшие ряды припусков относятся к отливкам из цветных сплавов, большие—из ковкого чугуна, средние—к отливкам из серого, высокопрочного чугуна и стали.
3. Для верхних участков отливки номер ряда припуска следует увеличить на 1— 3 единицы.
По классу размерной точности можно найти предельные отклонения размеров через допуск размера отливки (табл. 1.6).
Допуск размера относится к линейным размерам как изменяемым механической обработкой, так и не изменяемым. В последнем случае это будет допуск размера детали. Величина допуска зависит от класса точности размеров (1—16) и номинального размера детали. В табл. 1.6 в отличие от стандарта не включены классы точности 1—-5, 15, 16 и размеры более 4000 мм.
Допуски элементов отливки, образованных двумя полуформами или полуформой и стержнем, соответствуют заданному классу точности. Если элементы расположены в одной части формы, то допуски назначают на 1—2 класса точнее, а для элементов, образованных тремя и более частями формы,—на 1—2 класса грубее.
Предельные отклонения размеров отливки устанавливают симметричными и несимметричными, при этом предпочтительно следующее расположение полей допусков:
несимметричное одностороннее, «в тело»—для размеров элементов (кроме толщины стенок), расположенных в одной части формы и не подвергаемых механической обработке, при этом для охватывающих элементов (отверстие) поле допуска располагается «в плюс» (+дельта), а для охватываемых (вал) — «в минус» (-дельта);
симметричное (±дельта/2)—для размеров всех остальных элементов отливки как подвергаемых, так и не подвергаемых механической обработке.
ГОСТ 26645—85 устанавливает дополнительные допуски формы и расположения поверхности и допуски неровности поверхности в зависимости от степени коробления отливок, степени точности поверхностей и их взаимного расположения. При ненормируемых перечисленных показателях общий допуск элемента отливки Лобщ следует принять на 25 % больше допуска размера, определяемого по классу размерной точности (см. табл. 1.6).
После определения общего допуска элемента отливки Дельтаобщ можно найти односторонний припуск на механическую обработку 2. ГОСТ 26645-85 содержит в табличной форме значения припусков для 16 рядов припусков от 0,2 до 73 мм в диапазоне допусков от 0,1 до 80 мм.
Литью в разовые песчаные формы соответствуют ряды припусков от 5-го до 13-го в зависимости от габаритных размеров
Приготовление формовочных и стержневых смесей производят путем размола, просеивания компонентов с последующим смешиванием в бегунах, шнековых смесителях. На участок формовки подают транспортерами.