Стержни литьевых форм

Стержни литьевых форм

При конструировании внутренних полостей следует придавать стержню конфигурацию, обеспечивающую свободное его извлечение из стержневого ящика.

На рис. 440 приведен пример изготовления стержня для образования в детали цилиндрической полости с внутренними ребрами. По конфигурации стержня возможен разъем только в плоскости А—А (вследствие наличия в полости кольцевого ребра m). Ребра образуют в ящике подрезки; в этих случаях приходится выполнять стержни из отдельных частей и склеивать их, что усложняет изготовление и снижает точность литья. В целесообразных конструкциях (б, в) ребра расположены в плоскости разъема или перпендикулярно к ней; стержень свободно выходит из ящика.

Формовка стержня

Особые трудности возникают при формовке стержней в конструкциях с перекрещивающимися осями. На рис. 441 изображен трубопровод, представляющий собой магистральную цилиндрическую трубу m с каплевидными цилиндрическими патрубками n, оси которых смещены относительно оси трубы.

Формовка каплевидного трубопровода

В этой конструкции стержень не поддается формовке. При любом расположении плоскости разъема стержневого ящика: горизонтальном (плоскость А—А, вид б), вертикальном (плоскость Б—Б, вид в) или тем более наклонном, образуются подрезки (заштрихованные и зачерненные участки на рисунке).

При заформовке модели в форме с разъемом по плоскости А—А (вид г) также возникают подрезки. Форма не собирается. Соединению верхней и нижней полуформ препятствует стержень (участки о, р на виде д).

Совмещение осей грубы и патрубков (виды е, ж) позволяет отформовать стержень в ящике с разъемом в плоскости А—А или Б—Б. Модель заформовывается при разъеме формы в плоскости А—А.

Если необходимо сохранить перекрещивание осей, то нужно изменить конфигурацию трубы согласно виду 3. Тогда стержень формуется при разъеме стержневого ящика в плоскости А—А или Б—Б, а модель — при разъеме формы в плоскости А—А.

В конструкции (и) патрубкам придано прямоугольное сечение. Заформовка стержня и модели возможна при разъеме по плоскости А—А или по любой другой плоскости, проходящей вдоль патрубков и расположенной в пределах прямолинейного участка боковых стенок патрубка. Трубопровод при этом сохраняет заданную форму.

Установка стержней в форме

Конфигурация внутренних полостей должна допускать свободную установку стержней в форме. Примером несобираемости формы может служить конструкция каплевидного трубопровода (см. рис. 441 д).

На рис. 442, а изображена головка двигателя внутреннего сгорания с колодцем под свечу, образованным консольным стержнем 1. При сборке формы стержень, установленный в верхней полуформе, наталкивается (на участке m) на стержень 2 образующий водяную рубашку головки и предварительно установленный в нижней полуформе.

Обеспечение сборки формы

В правильной конструкции (вид б), колодцу придана конфигурация, допускающая беспрепятственную установку верхней полуформы.

Выход газов

При конструировании внутренних полостей следует обеспечивать выход газов, выделяющихся из стержней при заливке металла.

Пример неудовлетворительной конструкции приведен на рис. 443, а. Газы, выделяющиеся в верхней части стержня, образуют на участках m газовые раковины.

Обеспечение выхода газов из стержня

Необходимо предусмотреть отверстия n (впоследствии заглушаемые) для выхода газов (вид б). Лучше придать верхней части отливки сводчатую форму (вид в), обеспечивающую выход газов через верхний знак.

Технологический способ предупреждения газовых раковин состоит в применении стержневых смесей с малым газообразованием.

Ленточные стержни

Тонкие стержни для увеличения прочности обычно армируют проволочным каркасом. Необходимость извлечения каркаса при удалении стержня ограничивает минимальное сечение стержня и требует продуманного расположения окон под знаки.

Толщина стержня, армированного проволокой, для отливок небольшого и среднего размеров должна быть не меньше 6—8 мм. В местных перемычках допустимо утонение стержня до 5 мм.

Ширину полостей рекомендуется делать не меньше b = S + s, где S и s — толщины стенок, образующих полость (рис. 444). Лучше придавать стержням наибольшую допускаемую габаритными размерами толщину.

Минимальная толщина стержня

Унификация стержней

При конструировании деталей с несколькими стержнями примерно одинаковой конфигурации рекомендуется унифицировать стержни, добиваясь сокращения их номенклатуры.

На рис. 445 показан пример унификации стержней для картера рядного поршневого двигателя. В конструкции (а) внутренние полости картера образуются стержнями трех видов — 1, 2, 3. Незначительное изменение конфигурации задней стенки картера (вид б) позволяет свести число видов стержней к двум (1, 2).

Унификации стержней

Можно довести число видов стержней до одного (вид в). Однако это сопряжено с уменьшением длины среднего подшипника картера, который в машинах подобного типа нагружен больше остальных подшипников и поэтому должен быть длиннее их.

В конструкции (г) унифицированы все крупные стержни. Удлинение среднего подшипника достигается введением дополнительного стержня m, придающего перегородке подшипника коробчатую форму.

Крепление стержней в форме

В отливках с открытыми нижними полостями стержни устанавливают основанием в нижней опоке (рис. 446, а). Стержни, формирующие верхние полости, подвешивают в верхней опоке за обратный конус (вид б) или с помощью проволоки (вид в), укрепляемой на брусе, опирающемся на верхнюю опоку. Целесообразнее опирать верхний стержень на нижний через окно в горизонтальной стенке отливки (вид г).

Установка стержней

В закрытых полостях стержни крепят на знаках, представляющих собой отформованные заодно со стержнем выступы, устанавливаемые в гнездах, образованных в форме соответствующими выступами на модели. По условиям собираемости знаки устанавливают в плоскости разъема формы (рис. 447, а) или перпендикулярно к ней (вид б).

Знаки

Знаки выполняют цилиндрическими (виды а, б) или коническими (вид в). Последние обеспечивают более точную установку стержня в поперечном направлении, но осевая фиксация получается менее определенной, чем при цилиндрических знаках, упирающихся в гнезда формы торцами. Нередко применяют сочетание цилиндрических и конических знаков (виц г), причем цилиндрические знаки устанавливают с упором плоского торца в направлении осевой силы, действующей на стержень при заливке.

Для упрощения изготовления рекомендуется избегать галтелей на торцах отверстий детали (рис. 448, виды а), делая знак гладким (виды б).

Формы знаков

Обычно для крепления знаков используют имеющиеся на детали отверстия. В отливках с замкнутыми внутренними полостями стержни крепят с помощью специальных знаков, выводимых через отверстия в стенках отливки. В готовом изделии отверстия могут оставаться открытыми, если это допустимо по функциональному назначению детали. Отверстия, портящие внешний вид детали, а также отверстия полостей, которые должны быть герметичны, заглушают.

Для повышения устойчивости крепления и облегчения выбивки стержней отверстиям под знаки следует придавать максимальные размеры, допустимые без существенного ослабления детали и без ущерба для ее внешнего вида.

Расположение знака должно обеспечивать устойчивую и по возможности точную установку стержня во всех трех измерениях. Крепление должно быть достаточно прочным для того, чтобы выдержать вес стержня, а при заливке противостоять динамическому действию потока металла и гидростатических сил, вызывающих всплывание стержня вследствие различия удельных весов жидкого металла и материала стержня. Практически наибольшее значение имеет гидростатическая сила.

Гидростатическая подъемная сила, действующая на стержень, находящийся в жидком металле, равна

Гидростатическая подъемная сила, действующая на стержень

где V — объем стержня; ρм и ρст — соответственно плотность металла и материала стержня; g — ускорение силы тяжести.

Пусть объем стержня 15 дм3; ρм = 7,4 кг/дм3 (жидкий чугун); ρст = 1,4 кг/дм3 (подсушенный стержень). Гидростатическая сила Р = 15·(7,4–1,4)·9,8 = 90 Н, т. е. превышает силу тяжести стержня (G = 15·1,4·9,8 = 21 Н) примерно в 4 раза.

Для предотвращения всплывания необходимо располагать знаки с упором в верхнюю часть формы.

Недопустимо консольное крепление стержней с большим вылетом консоли относительно точки крепления (рис. 449, виды а), так как гидростатические силы вызывают выворачивание стержня из гнезда. Такие стержни следует крепить в двух точках (виды б).

Крепление стержней

Стержень криволинейного трубопровода (рис. 450, а) под действием гидростатических сил, приложенных к центру плавучести стержня, поворачивается вокруг знаков, как вокруг оси. Необходимо ввести дополнительную поддержку в виде знака 1, расположенного на изогнутой части трубопровода (вид б).

Крепление стержня криволинейного трубопровода

Иногда стержни подкрепляют против провисания, всплывания и боковых смещений с помощью жеребеек — металлических скобок или шпилек с ножками, одну из которых упирают в форму, а другую в стержень. При заливке жеребейки сплавляются с металлом.

При чугунном и стальном литье их изготовляют из стали, при цветном — из того же металла, что и отливка.

Применение жеребеек нарушает однородность металла стенок и снижает прочность отливок. Недопустимо применение жеребеек в полостях, от которых требуется герметичность.

Расположение дополнительных отверстий под знаки

На рис. 451 показаны варианты крепления массивного стержня, образующего полость цилиндрической корпусной детали. Расположение знаков в полости А—А разъема формы (вид а) не обеспечивает выхода газов из стержневой смеси. При расположении знаков в нижней полуформе (вид б) стержень не укреплен против всплывания; выход газов из стержня не обеспечен. В правильной конструкции (в) стержень зафиксирован знаками во всех направлениях; верхние знаки вместе с тем обеспечивают вентиляцию стержня. Для устойчивого крепления стержня следует предусматривать несколько парных знаков по периферии (лучше всего три).

Для облегчения выбивки стержневой массы целесообразно располагать знаки попарно по одной оси. В деталях со стержнями большой протяженности отверстия под знаки следует размещать в шахматном порядке (как показано на виде в).

Знаки не должны мешать сборке формы. В корпусной детали с внутренней полостью (рис. 452, а) при расположении знаков, указанном на рисунке, сборка формы практически невозможна.

Расположение дополнительных отверстий под знаки

В правильной конструкции (б) знаки расположены в плоскости разъема.

На видах (в, г) показан для этой же детали вывод знаков на боковые стенки. Расположение знаков под углом к плоскости разъема (вид в) делает форму несобираемой. Правильным является расположение знаков перпендикулярно к плоскости разъема (вид г).

Отверстия под знаки

Кромки отверстий под знаки, как правило, усиливают ребордами (обливками) для компенсации ослабления прочности стенок. В чугунных отливках реборды предупреждают отбел чугуна, вызываемый быстрым остыванием кромок отверстий.

Плоскости соединения знака со стержнем, а также перехода знака в гнездо формы нецелесообразно выполнять перпендикулярно к оси знака. На рис. 453, а, б показано неправильное, а на рис 453, в правильное расположение отверстий в наклонных стенках.

Литейные отверстия

Для облегчения выполнения знаков на стержне и во избежание ослабления стенок отливки при случайных смещениях знаков отверстия под знаки следует отдалять от ближайших стенок на расстояние s = 3—5 мм (вид в).

На рис. 454 изображены способы заглушения отверстий под знаки.

Способы заглушения литейных отверстий

Цилиндрические отверстия небольшого диаметра (до 60 мм) заглушают резьбовыми пробками (виды а—д).

Герметичность достигается с помощью конической резьбы (виды б, в) или резьбы, нарезанной «на выход», затягиваемой до врезания последней нитки в резьбовое отверстие (вид ж). Применяют также расчеканку или развальцовку заглушек (вид з). В отливках из пластичных металлов (стальное и цветное литье) завальцовывают материал детали на заглушку (вид и). Для центровки вальцующего инструмента необходимо предусматривать в заглушках центральные отверстия m.

Заглушки устанавливают на герметизирующих мазях. Для деталей, работающих при высоких температурах, применяют жаростойкие мази (силоксановые змали с алюминиевым или цинковым порошком).

Для улучшения внешнего вида элементы для завертывания выполняют впотай (виды в, г, ж, и). Наружные шестигранники и четырехгранники срезают заподлицо с кромками отверстий (вид б).

Окна большого размера или фигурной формы закрывают привертными пластинками или литыми крышками (вид е).

На виде (к) показана завальцовка тонколистовой заглушки в кольцевые канавки.

Сферические деформируемые заглушки (вид л) изготовляют из пластичной низкоуглеродистой стали. При установке заглушку расплющивают с упором на плоскую оправку, причем кромки ее заходят в предварительно проделанную в отверстии канавку, образуя прочное и герметичное соединение.

На виде (м) показана установка заглушки с расплющиваемым сферическим днищем (конструкция применима при возможности подвода изнутри отливки).

Другой способ — развальцовка заглушки на конус (вид н) также требует подвода обрабатывающего и вальцующего инструмента изнутри.

В стальных отливках заглушки крепят пайкой или обваркой (вид о).

В деталях, работающих при температурах не более 100—120°С, заглушки устанавливают на эпоксидных клеях (вид п).

Из рассмотренных способов предпочтительны конструкции, требующие минимальной механической обработки, — со штампованными заглушками (виды л, м, о, п), а для резьбовых отверстий — с заглушками на конической резьбе.

Нежелательны заглушки с углублениями и карманами (виды д, з, к, о), образующими грязевые мешки и портящими внешний вид изделия. Наиболее целесообразны в этом отношении конструкции м, н, п.

Связанные материалы