Конструкция литой детали должна обеспечивать высокий уровень механических и эксплуатационных характеристик при заданной массе, конфигурации, точности размеров и шероховатости поверхности.
При проектировании отливки должны учитываться литейные свойства сплавов, а также технологии изготовления модельного комплекта, литейной формы, стержней, очистка и обрубка отливок, а также их дальнейшая обработка. Необходимо стремиться к уменьшению массы и упрощению конфигурации.
Конструирование отливок
Минимальную толщину необрабатываемых стенок отливки определяют по диаграмме в зависимости от габаритного размера.
Рисунок 1 — Диаграмма для определения минимальной толщины стенок отливок из различных сплавов
N= (21 + b + h) / 3
1 – сталь; 2 – серый чугун; 3 – бронза; 4 – алюминиевые сплавы
Толщина внутренних стенок и ребер принимается на 20 % меньше толщины наружных стенок. Получение отливок без усадочных дефектов достигается при равномерной толщине стенок, т.е. если отсутствуют термические узлы – большое скопление металла в отдельных местах. Равномерность толщины стенки и скопление металла определяют диаметром вписанных окружностей (рисунок 2, позиции а,б,в).
Рисунок 2 — Устранение местного скопления металла в стенках отливки
Желательно, чтобы соотношение диаметров вписанных окружностей в близко расположенных сечениях не превышало 1,5 (D/d ≤ 1,5). Это достигается уменьшением радиуса галтели с помощью углублений в стенках отливки (рисунок 2, позиция в), смещением одной стенки (рисунок 2, позиция г), при возможности предусматривается отверстие (рисунок 2, позиция д).
Затвердевание отливок
Отливки, затвердевающие одновременно должны иметь равномерную толщину стенок с плавными переходами (рисунок 3, позиция а). Принцип применяется для мелких и средних тонкостенных отливок из чугуна и других сплавов.
При направленном затвердевании (рисунок 3, позиция б) верхние сечения отливок питаются от прибылей 1. Верхние сечения служат прибылью для нижних сечений. Принцип направленного затвердевания применяется для деталей с повышенными требованиями к герметичности отливок.
Рисунок 3 — Конструкции литых деталей, обеспечивающих затвердевание отливок
а — одновременное; б — направленное
Для снижения литейных напряжений необходимо обеспечить свободную усадку элементов отливки. Корпусная деталь (рисунок 4, позиция а) имеет перегородки, которые затрудняют процесс усадки, в результате чего возникают значительные литейные напряжения. Конструкция, представленная на рисунке 4, позиции б, обеспечивает свободную усадку. Придание перегородкам конической формы (рисунок 4, позиция в) также снижает усадочные напряжения.
Рисунок 4 — Конструкции литых деталей, снижающие усадочные напряжения в отливках
Коробление отливок, возникающее из-за недостаточной жесткости конструкции, можно устранить путем установки ребер жесткости. Кромки стенок большой протяженности усиливают буртиками толщиной b = (0,5..0,8)*a и шириной h = 2*a (a – толщина стенки).
Внешние контуры отливок должны представлять собой сочетание простых геометрических тел с преобладанием плоских прямолинейных поверхностей с плавными переходами.
Рисунок 5 — Рекомендуемые переходы от стенки к стенке в литых деталях
