Конструирование литых деталей

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.

Применяют следующие основные способы литья.

Литье в песчаные (земляные) формы. Наиболее распространённый и универсальный способ литья и практически единственный способ изготовления крупногабаритных отливок. Формовку производят по деревянным или металлическим моделям в опоках, набиваемых песчано-глинистыми смесями Внутренние полости образуют стержнями, формуемыми в стержневых ящиках из песчаных смесей с крепителями.

Точность размеров отливки зависит от качества изготовления формы и свойств литейного сплава (отклонения от номинальных размеров в среднем ±7%). Параметры шероховатости поверхности Rz = 10—40 мкм.

Производительность литейного процесса и качество отливок значительно повышаются при машинной формовке (набивка опок с помощью прессовых, встряхивающих и пескометных машин).

Ответственные, а также крупногабаритные детали отливают в стержневых формах, наружные и внутренние поверхности которых образуются блоками стержней, соединяемых механически или склеиванием.

Литье в оболочковые формы. Формы готовят по металлическим моделям в виде оболочек толщиной 6—15 мм из песчаных смесей с термореактивной смолой (бакелит) и отверждают нагревом до 150—350°С. Способ применяют преимущественно для отливки открытых (корытных, чашечных) деталей размером до 1 м. Точность размеров ±5%, параметры шероховатости от Ra = 1,25—2,5 мкм до Rz = 10—20 мкм.

Кокильное литье. Металл заливают в постоянные чугунные или стальные формы (кокили). При отливке деталей малых размеров и деталей из цветных сплавов внутренние полости образуют металлическими стержнями, при отливке средних и крупных деталей — песчаными стержнями (полукокильное литье). Способ обеспечивает повышенную прочность отливок, точность ±4%, параметры шероховатости те же, что и при литье в оболочковые формы.

Центробежное литье. Применяется для отливки цилиндрических полых деталей типа труб. Металл заливают во вращающиеся чугунные или стальные барабаны, где он уплотняется действием центробежных сил. Точность отливки (толщина стенок) зависит от точности дозирования подачи металла.

Мелкие детали отливают этим способом в постоянные металлические формы.

Литье под давлением. Металл заливают в постоянные стальные формы под давлением 3—5 МПа. Способ обеспечивает высокую производительность, точность размеров (±1%) и малую шероховатость поверхности. Последующая механическая обработка, как правило, не требуется. Этот вид литья применяют для массового изготовления небольших и средних деталей, преимущественно из легкоплавких сплавов (алюминиевых, медно-цинковых и др.). Для отливки стальных и чугунных деталей пресс-формы необходимо изготовлять из жаропрочных сталей.

Литье по выплавляемым моделям. Модели изготовляют из легкоплавких материалов (парафин, стеарин, воск, канифоль) посредством литья под давлением в металлические пресс-формы. Модели соединяют в блоки, покрывают тонким слоем огнеупорного состава (кварцевый порошок с этилсиликатом или жидким стеклом) и заформовывают в неразъемные песчаные формы, которые прокаливают при 850—900°С, в результате чего модели без остатка удаляются. В образовавшиеся полости заливают металл при нормальном давлении или под давлением 0,2—0,3 МПа.

Способ применяют для отливки мелких и средних деталей произвольной конфигурации. Высокая точность размеров (±2%) и малая шероховатость поверхности позволяют в большинстве случаев обойтись без последующей механической обработки, вследствие чего этот способ часто применяют для изготовления деталей из труднообрабатываемых материалов (например, турбинных лопаток из жаропрочных сплавов).

Литье по газифицируемым моделям. В неразъемные песчаные формы заформовывают модели из пенополистирола (плотность 10—30 кг/м3), которые при заливке металла газифицируются; пары и газы уходят через выпоры и вентиляционные отверстия. Другие способы удаления неформованных моделей — возгонка (нагрев при 300—450°С без доступа воздуха) и растворение модели в дихлорэтане или бензоле.

Литье по удаляемым полистироловым моделям позволяет получить точные отливки практически без ограничений по конфигурации (вплоть до цельнолитых цепей с сомкнутыми звеньями).

Наиболее распространенный способ — литье в песчаные формы. Многие правила конструирования деталей, отливаемых в песчаные формы, действительны и для других способов литья.