» » Основные требования к конструкции деталей, отливаемых под давлением
23.04.2015

Устранение поднутрений. Наружные контуры отливки должны допускать беспрепятственное удаление ее из формы, а стержни, при помощи которых выполняются в отливке полости иметь поднутрений, препятствующих их извлечению из отливки.
Ниже рассматриваются примеры изменения конструкции, направленные на устранение поднутрений в деталях, благодаря чему они стали пригодными для литья под давлением. Буквой а обозначена конструкция деталей до перевода на литье под давлением, буквой б — конструкция деталей, отливаемых под давлением.
1. Отливка водопроводного крана стала возможной после смещения оси впускного канала относительно оси выпускного и подачи стержня выпускного отверстия по радиусу (фиг. 127).
Основные требования к конструкции деталей, отливаемых под давлением

2. Стакан с подшипником имел два подреза: во фланце А и подшипнике Б (фиг. 128). Отливка под давлением стала возможной после того, как вместо внутренних фланцев были приняты наружные (с сохранением размера В для крепления) и была уничтожена выемка во втулке.
Основные требования к конструкции деталей, отливаемых под давлением

Конусность. Конусность на поверхностях, перпендикулярных плоскости разъема, способствует удалению отливок из формы,
устраняет трение отливки о стенки формы и, таким образом, уменьшает напряжения, которые испытывает не окончательно отвердевшая отливка при открытии формы. Уменьшая напряжения, конусность дает возможность быстро вынуть отливку из формы (до наступления третьей фазы усадки) без ее разрушения.
Особенно важна конусность во внутренних поверхностях, выполняемых стержнями. При усадке, когда металл сильно охватывает стержни и выступающие части формы, конусность в значительной степени способствует снятию отливки и выемке стержней и увеличивает производительность.
В табл. 25 приводятся величины конусности для отливок из разных сплавов.
Основные требования к конструкции деталей, отливаемых под давлением

Более высокие значения конусности относятся к отливкам больших размеров.
Конструктору рекомендуется принимать для каждой данной детали наибольшую конусность, которую она допускает.
Когда требуется повышенная чистота поверхности, необходимо применять наибольшую конусность.
По мере увеличения толщины стенок отливки более значителен охват металлом стержней, следовательно, больше должна быть конусность. Например, корпус фотоаппарата, имеющий толщину стенок 1,5—2 мм, легко снимается с центрального стержня при конусности внутренней поверхности в 0,5°. Корпус же прибора, незначительно отличающийся по глубине и по площади от корпуса фотоаппарата, но имеющего толщину стенок выше 4 мм, с трудом снимается со стержня, несмотря на конусность в 2°.
Толщина стенок. Литье под давлением дает наилучшие результаты при изготовлении тонкостенных деталей, когда отливка на всю глубину имеет мелкозернистое строение, полученное в результате быстрого охлаждения о стенки формы. Особенно высокую прочность, износоустойчивость и стойкость против коррозии имеет наружная кристаллическая корочка. Так как в тонкостенных деталях отношение объема корочки и объема сердцевины отливки более значительно, то соответственно повышаются общая плотность и прочность детали. Исследования показали, что плотность алюминиевого сплава отливки, полученной при одинаковом удельном давлении, при толщине стенок 2 мм составляет 2,86 г/см3, при толщине 5 мм — 2,78 г/см3, а при толщине 7 мм — 2,74 г/см3.
Предел прочности для того же сплава при толщине стенок в 2 мм составляет около 27 кг/мм2, при 3 мм — 24 кг/мм2, а при толщине 6,5—8 мм падает до 17,5 кг/мм2. Удлинение, составляющее при толщине стенки в 2 мм около 1,8%, составляет при толщине в 3 мм — 2%. При толщине 5 мм оно повышается до 2,2%, оставаясь неизменным при дальнейшем повышении толщины стенок.
Таким образом, увеличение толщины стенок не обусловливает пропорционального увеличения прочности детали и ее гидравлической герметичности.
Нормальными толщинами стенок при литье под давлением следует считать 1,5—5 мм.
В некоторых отдельных случаях при хорошей обтекаемости и небольших размерах толщина отливок может быть доведена при литье:
а) из легкоплавких сплавов до 0,6 мм;
б) из алюминиевых сплавов до 1,0 мм.
При отливке ответственных деталей (например, для самолетостроения) толщина стенок принимается не выше 4,5 мм.
Если данная толщина стенок не обеспечивает необходимой прочности детали, лучше усилить отливку ребрами или приливами, или же делать ее коробчатого либо таврового сечения. В случае же, если по конструктивным причинам нельзя избежать толстых сечений (выше 8 мм), необходимо заранее исключить механическую обработку в этих сечениях, чтобы не вскрыть пористость.
He исключается возможность изготовления методом литья под давлением толстостенных деталей, причем наружные дефекты не образуются вследствие всестороннего одновременного затвердевания отливки по всей периферии. Однако в сердцевине отливки, не получающей извне питания для пополнения усадки, может иметь место усадочная неплотность или рыхлость, увеличивающаяся пропорционально толщине стенок. Чем больше толщина стенок, тем большее количество в отливке воздушных включений, располагающихся не только в сердцевине, но также и у периферии и вскрываемых при обработке.
Ребра жесткости. Чтобы сочетать тонкостенность и прочность, часто применяют в деталях, отливаемых под давлением, ребра жесткости. Ребра нужно располагать по всей периферии детали или симметрично, если их приходится устанавливать в центре детали. Разрыв ребра по периферии приводит к короблению отливки. При добавлении ребра коробление устраняется.
Если отливка имеет ребра, то толщина их должна быть меньше толщины прилегающего сечения. Ребра не должны быть расположены одно против другого с двух сторон, а должны располагаться в шахматном порядке, чтобы предотвратить скопление металла и местный нагрев, в результате которого может образоваться трещина.
Ребра жесткости применяются также в следующих случаях:
а) внутренние ребра для восприятия усилий при сжатии отливки на стержнях и выступающих частях формы (фиг. 129); б) ребра, предупреждающие разводку угла при сопряжении под углом 90° двух плоскостей.
Основные требования к конструкции деталей, отливаемых под давлением

Равностенность отливок. Зависимость, существующая между толщиной стенок и плотностью (а следовательно, и прочностью), заставляет стремиться к равномерности сечений отливки, чтобы избежать образования усадочных раковин, трещин и внутренних напряжений. Одновременно следует стремиться к тонкостенности.
Следует избегать неравномерной толщины стенок в отливке, скоплений металла на отдельных участках и резких переходов от толстого сечения к тонкому. Соотношения массы отдельных частей отливки должны по возможности отвечать условиям одновременного
и быстрого затвердевания сплава в форме. Если нельзя избежать сопряжения толстых сечений с тонкими, то во всяком случае нужно предусмотреть плавные переходы между ними, но не настолько значительные, чтобы могли образоваться скопления металла.
Примеры изменения конструкции для получения равноценности (и одновременно тонкостенности) приведены на фиг. 130.
Основные требования к конструкции деталей, отливаемых под давлением

Как известно, всякое утолщение в отливке обычно служит для усиления мест, через которые проходят крепежные детали, подшипники и тому подобные части; иначе говоря, утолщение нужно для пропуска через него другой детали. Чтобы избежать утолщений, нужно проверять возможность выполнения отливки с готовыми отверстиями.
Во многих случаях скопления металла устраняются путем заливки в детали арматуры.
Галтели и закругления. В деталях, отливаемых под давлением, следует избегать острых углов, так как для вытеснения воздуха из острых углов и заполнения их металлом нужно применить большое давление. Кроме того, в отливке с острыми углами образуется по диагонали, где сходятся вершины кристаллов, так называемая «плоскость слабины», по которой может образоваться трещина. Особенно опасен внутренний острый угол (фиг. 131, в).
Закругление облегчает течение металла и устраняет образование завихрений и, как результаты этого, пористость (фиг. 131, а). Чрезмерно большой радиус приводит к скоплению металла и образованию усадочных раковин (фиг. 131, б).
Основные требования к конструкции деталей, отливаемых под давлением

Закругления, способствуя устранению лобовых ударов, предупреждают местный износ форм на участке, испытывающем удар, и образование трещин и, таким образом, увеличивают срок службы формы.
При плавном соединении стенок различной толщины с помощью закруглений благодаря отсутствию завихрений улучшается структура металла.
Минимальный радиус закругления принимается в 1 мм. В редких случаях, при тонкостенных коробчатого сечения деталях (например, толщина стенки корпуса фотоаппарата 2 мм) эту величину можно уменьшить для внутренних углов.
Края торцевых частей детали, выполняемые в углублениях формы, также должны иметь закругления. Торцы, заканчивающиеся в плоскости разъема формы, наоборот, должны быть острыми для улучшения условий вентиляции (фиг. 132).
При сопряжении под углом стенок различной толщины радиус R принимается по формуле R=А+В/3, где А и В — толщина сопрягаемых стенок (фиг. 131, а).
Основные требования к конструкции деталей, отливаемых под давлением