ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКТОВ

Модель с отъемными частями, стержневыми ящиками, шаблонами для контроля размеров, моделью литниковой системы называют модельным комплектом.

Припуски на обработку резаниемназначают для того, чтобы обеспечить после обработки получение размеров и чистоты поверхности детали в соответствии с чертежом. Припуск зависит от класса отливки, размеров детали и положения данной поверхности в форме во время заливки. На нижние и боковые поверхности дают одинаковые припуски, на верхнюю поверхность припуск увеличивают. Последнее объясняется тем, что во время заливки различные неметаллические включения (пузырьки газов, шлак и др. ), попадающие в расплав, всплывают и загрязняют поверхность отливки. Припуски на обработку чугунных отливок назначают по ГОСТ 1855—55 (табл. 1), на обработку стальных отливок — по ГОСТ 2009—55 (табл. 2). Припуски на обработку отливок из цветных сплавов приведены в табл. 3.

Фасонные отливки по точности получаемых размеров делят на три класса. Для I класса припуски на обработку принимают наименьшие, для III класса—наибольшие.

При ручной формовке размеры отливок всегда получаются больше указанных на чертеже вследствие расталкивания модели при извлечении ее из формы.

В целях получения более точных размеров на моделях предусматривают отрицательные припуски— уменьшение толщины наружных стенок отливки путем изменения наружного размера в пределах допуска. Отклонения от номинальных размеров на моделях должны укладываться в нормы, предусмотренные

ГОСТом для разных классов точности (табл. 4).

Усадка.В литейной форме расплав охлаждается и в определенном интервале температур переходит из жидкого состояния в твердое. Этот переход сопровождается уменьшением объема металла, т. е. объема отливки. Такое явление называют усадкой. При изготовлении моделей учитывают линейную усадку, т. е. уменьшение размеров в каждом измерении отдельно (по длине, ширине и высоте). Для получения размеров отливки в соответствии с заданными по чертежу все размеры на модели должны быть больше на величину усадки металла.

Усадка выражается в процентах, и каждый сплав имеет свое значение усадки. Так, линейная усадка серого чугуна 0, 8—1, 2%, углеродистой стали 1, 5—2%, медных сплавов 1, 2—1, 5%, алюминиевых сплавов 1, 0—1, 5%. На технологическом чертеже крупной и сложной отливки должна быть раздельно указана усадка по длине, ширине и высоте, так как на величину усадки влияют стержни, ребра жесткости, разностенность отливки, температура заливаемого расплава.

Тонкие стенки и ребра жесткости, затвердевающие раньше толстых стенок, оказывают сопротивление усадке. Стержни, находясь внутри отливки, также препятствуют усадке, особенно при недостаточной их податливости. В результате усадка оказывается затрудненной, что вызывает в отливках внутренние напряжения, которые могут привести к возникновению трещин или короблению отливок.

При изготовлении моделей применяют так называемый усадочный метр или линейку. Каждое деление такого метра больше эталонного на величину усадки. Например, при усадке сплава 1,5% усадочный метр имеет полную длину 1015 мм и разделен на 1000 делений. Усадочным метром пользуются, как обычным.

В подетальных чертежах элементов металлических моделей все размеры указывают с припуском на обработку и с учетом усадки металла, так как эти детали обрабатывают на металлорежущих станках, причем все замеры выполняют обычным мерительным инструментом, не учитывающим усадку.

Стержневые знаки.В большинстве случаев стержни устанавливают и укрепляют в форме на знаках (см. рис. 1). Конструкция знака зависит от конфигурации и габаритных размеров стержня. Стержневые знаки должны обеспечивать устойчивое положение стержня в форме до и во время заливки. На стержень в жидком металле, как на любое тело, погруженное в жидкость, действуют выталкивающие силы. Поэтому все стержневые знаки должны иметь определенные размеры, достаточные для того, чтобы обеспечить устойчивое положение стержня, но не чрезмерно большие, чтобы не вызывать увеличение размеров оснастки и удорожание формы.

F Длину l горизонтальных знаков (рис. 4, а) принимают в пределах

F 15—300мм в зависимости от длины l стержня.

F Высота нижних h и верхних h₁ вертикальных знаков (рис. 4, б) может быть в пределах 20—110 мм.

F Нижние знаки вертикальных стержней являются опорными, поэтому, как правило, h>h₁.

F В (некоторых случаях для упрощения сборки формы верхние знаки не делают, но если стержень высокий и недостаточно устойчив на нижнем знаке, верхний знак делать необходимо.

Знаковые части стержней на моделях делают больших размеров, чем в стержневых ящиках, вследствие чего при сборке формы между поверхностью формы и знаком стержня образуется зазор. Отсутствие зазоров приведет к тому, что форму нельзя будет собрать. Зазоры s_1, s₂, s₃ (см. рис. 4) зависят от размеров стержня, их назначают в пределах 0,15—5,5 мм. Вертикальные поверхности знаков выполняют с уклонами α, β к поверхности разъема, необходимыми для сборки формы. Уклоны на знаках могут быть 2 — 10°.

F Верхние знаки делают с большим уклоном β во избежание поломок при накрытии верхней полуформой.

На мелких моделях для формовки по-сырому в массовом и крупносерийном производстве на горизонтальных и вертикальных знаках предусматривают обжимной поясок 1, или кольцо (рис. 5). Обжимное кольцо плотно облегает знак стержня и препятствует проникновению металла в торцовую часть знака, куда выходит вентиляционный канал стержня.

В форме под нижним вертикальным знаком выполняют кольцевую канавку 2, в которой собираются песчинки и комочки смеси, осыпавшиеся при сборе. У вертикального стержня, который при заливке легко может всплыть, знак 3 делают с расширением внизу.

Формовочные уклонывыполняют на плоскостях модели, перпендикулярных к разъему формы, для того, чтобы модель легко вынималась из формы, не вызывая ее повреждений. Наличие уклонов на моделях является главной причиной значительных отклонений размеров отливок от номинальных размеров. В соответствии с ГОСТ 3212—80 уклоны на наружных и внутренних стенках модели можно выполнять или с увеличением размеров «в плюс» (рис. 6, а) для обрабатываемых поверхностей, или с уменьшением размеров «в минус» (рис. 6, б) для необрабатываемых поверхностей и сопрягаемых с другими деталями, или одновременно с увеличением и уменьшением размеров по средней линии (рис. 6, в). Чем больше высота поверхности, тем меньше абсолютное значение уклона. На деревянных моделях уклоны делают больше, чем на металлических моделях равных габаритных размеров. Это объясняется тем, что металлические модели имеют более гладкую (поверхность, не разбухают, не коробятся в отличие от деревянных.

Литниковая система— это система вертикальных и горизонтальных каналов в форме, по которым расплав поступает в ее полость.

На технологическом чертеже отливки указывают размеры всех элементов литниковой системы, необходимые для изготовления модели, а также материал, предназначенный для данного модельного комплекта, классы прочности и точности модельного комплекта.

От конструкции литниковой системы в значительной мере зависит качество отливок. Около 30% брака в литейных цехах получается именно вследствие применения неправильной литниковой системы.

Конструкция литниковой системы должна обеспечивать плавный, безударный подвод расплава в полость формы, а также задержание различных неметаллических включений (шлака, пузырьков воздуха и газов и т. д.), находящихся в расплаве.

Качество отливки зависит также от места подвода расплава в форму. В месте подвода литниковой системы форма сильно разогревается, так как весь (и самый горячий) расплав проходит через это место. В результате участки отливки, к которым подводится расплав, охлаждаются медленнее и в них, как правило, наблюдается рыхлота усадочного происхождения.

Если сплав имеет небольшую усадку (например, серый чугун), то подводить металл следует в тонкие сечения, желательно менее ответственные, не подвергающиеся в дальнейшем обработке резанием. В этом случае скорость охлаждения в массивных и тонких сечениях выравнивается, поэтому снижаются усадочные явления, и в первую очередь внутренние напряжения в отливках.

Если сплав имеет повышенную усадку (например, сталь), то подвод расплава в сечение малой толщины в большинстве случаев не дает положительных результатов. Поэтому при получении стальных отливок часто подводят расплав в массивное сечение под прибыль, чтобы разогреть форму около прибыли. Медленное охлаждение прибыли является необходимым условием питания отливки. Иногда при изготовлении стальных отливок целесообразно заливать расплав непосредственно в прибыль. Например, при получении различных маховиков, шкивов обычно расплав заливают через прибыль, расположенную над ступицей.

В отливки больших размеров, имеющих тонкие сечения, расплав необходимо подводить рассредоточено — через большое число питателей, расположенных со всех сторон отливки. Особенно это важно для сплавов, имеющих плохую жидкотекучесть (например, для стали). Таким образом, при выборе места подвода расплава и конструкции литниковой системы необходимо учитывать сплав, размеры отливки, толщину ее стенок и конструктивные особенности.

Важное значение имеет скорость поступления расплава в форму.

При быстром заполнении расплав оказывает большое динамическое воздействие на стенки формы, в результате чего в отдельных местах форма может быть размыта, а отливка загрязнена песчаными включениями. Кроме того, при быстром движении струя металла захватывает воздух, находящийся в форме, и газы, выделяющиеся из формы под действием высокой температуры. Пузырьки газов запутываются в расплаве и остаются в отливках в виде газовых раковин.

При медленной заливке расплав поступает в форму спокойно, постепенно вытесняя воздух. Отливки получаются чистые, без засоров и газовых раковин. Расход металла на литниковую систему уменьшается. Однако формы, имеющие значительное внутреннее сопротивление (тонкие стенки, большие размеры отливок), в случае медленной заливки могут не заполниться, так как расплав в тонких сечениях быстро остывает и жидкотекучесть его уменьшается.

На практике скорость заливки расплава формы устанавливают в зависимости от размеров отливки и толщины ее стенок (т. е. внутреннего сопротивления). Простые отливки со стенками большой толщины следует заливать медленно. Чем больше внутреннее сопротивление формы, тем больше должна быть скорость заливки.

Для чугунных отливок с разной толщиной стенок рекомендуется принимать следующую скорость подъема уровня расплава в форме:

Толщина стенки, мм	7—10	10—40	Св. 40
Скорость подъема уровня расплава, мм/с	20—40	10—20	8—12

 

Высокие отливки заливают несколько быстрее, чем отливки такой же массы и с такой же толщиной стенок, но более низкие, плоские.

Во всех случаях расплав должен поступать в форму спокойно, без завихрений. Это необходимое условие для получения отливок хорошего качества, без загрязнений и газовых пузырей.

Основные элементы литниковой системы.

 

Простейшая литниковая система представлена на рис. 108.

Рис. 108. Элементы литниковой системы: 1—литниковая чаша (воронка); 2—стояк, 3—шлакоуловитель (коллектор); 4—питатели; 5—выпор

 

Литниковая чаша предназначена для приема расплава и задержания шлака. Перед заливкой крупных и средних форм отверстие в чаше рекомендуется закрывать пробкой (рис. 109, а) или тонкой металлической пластинкой, чтобы в начале заливки чаша наполнялась расплавом. При этом более легкие шлак и газы успевают всплыть. Затем пробку вынимают (а пластинка расплавляется), и в форму начинает поступать чистый металл. В течение всего времени заливки чаша должна быть наполнена расплавом. Нельзя прерывать заливку и упускать металл из чаши в форму, так как при этом в форму попадут различные неметаллические включения, всплывшие на поверхность расплава.

Объем чаши зависит от объема отливки. Чаша может быть рассчитана на один — четыре стояка. Большие чаши делают с перегородкой (рис. 109, б), предназначенной также для задержания шлака.

Стояк — вертикальный канал, соединяющий литниковую чашу или воронку со шлакоуловителем. Стояк чаще всего делают круглым, но в некоторых случаях, для того чтобы уменьшить скорость движения расплава на выходе из стояка в шлакоуловитель, его делают прямоугольного сечения. Иногда вместо одного делают несколько таких стояков. Стояки с прямоугольным поперечным сечением применяют для магниевых и алюминиевых отливок.

Чтобы уменьшить скорость движения расплава, стояку придают зигзагообразную форму.

Шлакоуловитель — горизонтальный канал, соединяющий стояк с питателем. Расположен он обычно в верхней полуформе, имеет трапецеидальное сечение, причем высота трапеции должна быть больше нижнего основания, чтобы создать лучшие условия для задержания шлака. Наиболее благоприятные условия для задержания шлака получаются в центробежных шлакоуловителях (рис. 110). Расплав, поступая по касательной в бобышку шлакоуловителя, получает вращательное движение. Все легкие неметаллические включения (шлак, оксидные плены) оттесняются к центру, а чистый металл поступает в следующий канал.

Для магниевых сплавов широко применяют «глухие» шлакоотстойники, которые располагают на шлакоуловителе над питателями. Подобные шлакоотстойники используют и при заливке других сплавов, например серого чугуна.

Питатели подводят расплав непосредственно в полость формы. Сечение питателей может быть различным (прямоугольным, круглым, трапецеидальным), но площадь сечения должна быть меньше толщины стенки, к которой подводятся питатели.

Выпоры предназначены для вывода воздуха и газов из полости формы при заливке, уменьшения динамического давления расплава на форму, сигнализации о конце заливки Выпоры выполняют также роль элементов, питающих отливку расплавом в процессе ее затвердевания.

Прибыли (рис. 111) и питающие выпоры применяют для отливок из сплавов, имеющих повышенную усадку, неравномерную толщину стенок, массивные узлы. Прибыли питают утолщенные места отливки, затвердевающие последними, поэтому располагают прибыли так, чтобы расплав мог поступать из них в питаемый узел отливки. Прибыли делают более массивными, чем питаемые узлы, но следует помнить, что применение прибылей невыгодно, так как увеличиваются расход расплава и себестоимость литья.