Глава 13 проектирование отливок

2.13.1. Общие положения

При разработке художественной отливки художник, конечно, в первую очередь заботится о воплощении художественного образа своего произведения, но он должен помнить, что любое его творение должно быть достаточно технологичным. Если художник создает художественную отливку, то следует помнить, что законы технологичности необходимо соблюдать как в технических деталях, так и в художественных. Сообщаем эти особенности. Литьем по выплавляемым моделям изготовляют сложные по конструкции отливки с повышенной точностью размеров и чистотой поверхности.

Их масса колеблется от нескольких граммов до 500 кг. Наиболее целесообразно изготовлять отливки массой 0,3—12 кг.

Число отливок в партии определяется в зависимости от их художественной конфигурации и времени, в течение которого производится выпуск литья.

По выплавляемым моделям получают отливки размером от нескольких миллиметров до 1,25 м с точностью по 4—8-му классам (ОСТы 1010, 1014 и 1015). Точность изготовления отливок зависит от номинального размера отливки, а также от степени налаженности изготовления и соблюдения технологического процесса. Например, отливку размером до 60 мм можно получить по 5-му классу точности ОСТа 1015 с допуском 0,4 мм, если отклонения от номинального размера на всех операциях составляют не более 0,4 %. Когда суммарные отклонения увеличиваются до 1 %, то та же отливка будет получена по 7-му классу точности с допуском 0,74 мм. Припуски на обработку назначают по РТМ и требованиям художника-технолога.

Шероховатость поверхности отливок обычно соответствует 4—7-му классам чистоты по ГОСТу 2789.

По выплавляемым моделям можно получить отливки с толщиной стенки 0,7—6 мм. Протяженность стенок толщиной менее 0,7 мм не более 8—10 мм. В стенках толщиной более 6 мм при недостаточном питании появляются газовые и усадочные раковины, так как скорость затвердевания отливок очень мала. Поэтому нежелательны местные утолщения и резкие переходы от толстого сечения к тонкому. Но если это необходимо, следует делать на внутренних сторонах отливки припуски или выполнять галтели. В отливках из цветных сплавов литые отверстия диаметром до 0,5 мм выполняются в стенках не толще 1 мм, в отливках из чугуна отверстия диаметром до 1,5 мм — в стенках толщиной 1,5 мм.

По возможности полости в отливках должны иметь выходные отверстия, необходимые для получения качественной оболочки при нанесении обмазки на модель.

Прямые стенки большой протяженности, если не нарушается художественный замысел, рекомендуется заменять искривленными или предусматривать в них технологические окна для обеспечения жесткой конструкции керамической формы.

Литьем по выплавляемым моделям в оболочковые формы изготовляют отливки из любых сплавов как при формовке оболочки по-сухому, так и при заливке опорного слоя цементом (по-сырому).

2.13.2. Литниковые системы

При литье по выплавляемым моделям литниковая система является системой каналов, через которые заливают в формы сплав и осуществляется питание отливки во время ее затвердевания, а также несущей конструкцией, удерживающей модели, оболочку или единую смесь в период изготовления формы. Следовательно, при определении конструкции и размеров литниковой системы необходимо учитывать условия получения качественных отливок и механическую прочность литниковой системы.

Рассмотрим два типа наиболее распространенных литниковых систем, причем оба эти варианта можно применять как при литье по выплавляемым моделям в оболочковые формы, так и в случае ЛПВМ в единую смесь.

К первому типу относятся системы, в которых металл подводится в массивные узлы отливок (рис. 2.13.2.1). Литниковая система не имеет специальных питающих элементов типа прибылей, а также элементов, определяющих скорость заливки и задерживающих шлаки и окислы. Массивные узлы отливки питаются через стояк (п. 1) или коллектор (п. 2). Питатель (п. 3) должен затвердевать после отливки (п. 4).

Рис. 3.13.2.1. Литниковые системы первого типа.

Приведенную толщину питателя (отношение площади сечения питателя к его периметру) определяют по эмпирической формуле

, (1)

где δ_ст — приведенная толщина сечения стояка (отношение площади к диаметру; диаметр стояка 20—60 мм);

Z — приведенная толщина узла питания отливки (отношение объема массивной части отливки к ее поверхности);

G — масса отливки, г;

l_n — длина питателя, мм.

Длину питателя назначают из условий сборки блоков и отрезки отливок от стояка. Длина питателя для отливок массой до 0,5 кг составляет 4—10 мм, массой более 0,5 кг — 8—12 мм.

Если размеры питателя, полученные по расчету, не вписываются в толщину стенки отливки, к которой подводят питатель, то по формуле (1) определяют приведенную толщину стояка. Размеры питателя в этом случае назначают в зависимости от размера стенки отливки. При получении по расчету диаметра стояка более 60 мм в литниковую систему вводят коллекторы.

Первый тип литниковых систем применяют для отливок массой до 1,5 кг.

Второй тип литниковых систем (рис. 2.13.2.2) обеспечивает регулирование скорости заполнения формы с помощью суженного сечения.

Рис.2.13.2.2 Литниковые системы второго типа

Роль суженного сечения может выполнять тонкая стенка отливки (п. I), питатель (п. II, III, V) или литниковый ход (п. IV). Питание в этом случае обеспечивается от прибылей. Такие литниковые системы применяют для тонкостенных или крупных отливок, в которых при недостаточной скорости заполнения формы образуются недоливы, при скорости выше оптимальной струя захватывает воздух и окисляется, в отливке появляются газовые раковины и неметаллические включения.

Площадь суженного сечения определяют по формуле

,

где μ — коэффициент расхода (μ = 0,8÷0,9 без учета энергии струи; μ, = 1,4÷1,5 с учетом энергии струи расплава, падающей из ковша);

γ — плотность жидкого металла, г/см³;

g — ускорение силы тяжести, см/с²;

Н_р — напор столба расплава в суженном сечении, см;

Q — весовая скорость заливки, кг/с.

Величина Q вычисляется по формуле

,

k — коэффициент, определяющий подвод металла в полость формы (при верхнем подводе k = 0,05, при боковом — k = 0,06, при нижнем — k = 0,08);

l_отл — наибольшая протяженность тонкой стенки отливки, мм;

а_отл — толщина тонкой стенки отливки, мм.