технологические основы проектирования художественных отливок

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ОТЛИВОК
Методические указания для выполнения практических
и самостоятельных работ
для студентов направления подготовки
261400.62 – «Технология художественной обработки материалов»
Составители: Л. Н. Величко
Владикавказ 2014
0
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)"
Кафедра технологии художественной обработки материалов
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ОТЛИВОК
Методические указания для выполнения практических
и самостоятельных работ
для студентов направления подготовки
261400.62 – «Технология художественной обработки материалов»
Составители: Л. Н. Величко
Допущено
редакционно-издательским советом
Северо-Кавказского горно-металлургического института
(государственного технологического университета).
Протокол заседания РИСа № 4 от 16.07.2014 г.
Владикавказ 2014
1
УДК 621.74+739
ББК 34.61
В27
Рецензент
кандидат технических наук,
доцент Северо-Кавказского горно-металлургического института
(государственного технологического университета)
Хоменко Л. П.
В27
Технологические основы проектирования художественных отливок:
Методические указания для выполнения практических и самостоятельных работ
для студентов направления подготовки 261400.62 "Технология художественной
обработки материалов" / Сост. Л. Н. Величко; Северо-Кавказский горнометаллургический институт (государственный технологический университет).
– Владикавказ: Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). Изд-во «Терек», 2014. – 46 с.
Методические указания предназначены для выполнения практических и самостоятельных работ по дисциплине «Технологические основы проектирования художественных отливок». В процессе выполнения практических и самостоятельных
работ студенты должны научиться выполнять необходимые расчеты при разработке технологии изготовления литых изделий в песчано-глинистых формах и
при литье по выплавляемым моделям.
Подготовлено кафедрой «Технологии художественной обработки материалов».
УДК 621.74+739
ББК 34.61
Редактор Иванченко Н. К.
Компьютерная верстка Цишук Т. С.
 Составление. ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский
горно-металлургический институт
(государственный технологический университет)», 2014
 Величко Л. Н., составление, 2014
Подписано в печать 16.12.2014. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс».
Печать на ризографе. Усл. п.л. 2,67. Уч.-изд. л. 1,87. Тираж 15 экз. Заказ №
.
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический
университет). Издательство «Терек».
Отпечатано в отделе оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ).
362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Ведение ......................................................................................................... 4
Разъем модели и формы .............................................................................. –
Задание к самостоятельной работе № 1..................................................... 5
Припуски на усадку сплава и на обработку резанием ............................. 6
Задание к самостоятельной работе № 2..................................................... 8
Конусность или формовочные уклоны...................................................... –
Задание к самостоятельной работе № 3..................................................... 12
Положение стержней и их знаки и размеры ............................................. 13
Задание к самостоятельной работе № 4..................................................... 19
Выбор опок ................................................................................................... 19
Задание к самостоятельной работе № 5..................................................... –
Расчет литниковых систем.......................................................................... 23
Задание к самостоятельной работе № 6..................................................... 30
Задание к самостоятельной работе № 7..................................................... 37
Расчет прибыли ............................................................................................ –
Задание к самостоятельной работе № 8..................................................... 42
Крепление полуформ и расчет груза ......................................................... –
Задание к самостоятельной работе № 9..................................................... 45
Литература.................................................................................................... 46
3
ВВЕДЕНИЕ
При изготовлении художественных изделий литьем в песчаноглинистых формах первоначально разрабатывают чертеж отливки. На
чертеже изделия указывают:
– поверхность разъема модели и формы;
– припуски на усадку сплава и на обработку резанием;
– конусность или формовочные уклоны;
– положение стержней, их знаки и размеры;
– выбирают опоки;
– определяют подвод металла в форму, рассчитывают литники, прибыли. Чертеж оформляют по ГОСТ 2.423–73.
Разъем модели и формы
Обозначают на чертеже детали во всех ее проекциях жирной линией
и буквами МФ. Положение отливки при заливке отмечают стрелками, а у
линии разъема указывают верх В и низ Н.
Ломаную плоскость разъема модели и формы изображают на чертеже ломаным отрезком основной линии, над которым проставляют буквенное обозначение разъема – МФ. Направление разъема изображают
так же, как и при прямом разъеме.
При использовании неразъемной модели указывают только буквенное обозначение прямого (или ломаного) разъема – Ф.
4
При нескольких разъемах модели и формы каждый разъем прямой
(или ломаный) изображают отдельно.
Если литейная форма формуется в горизонтальном положении, а заливается в вертикальном, то буквенные обозначения верха и низа у стрелок разъема модели и формы не ставят. Параллельно направлению заливки проводят отрезок основной линии, у стрелок которой проставляют
обозначение верха (В) и низа (Н).
Задание к самостоятельной работе № 1
Разработать художественное изделие для изготовления методом литья в песчано-глинистых формах, сделать чертеж и указать поверхность
разъема модели и формы.
5
Припуски на усадку сплава и на обработку резанием
Модель, являясь видоизмененной копией отливки, отличается
от нее размерами. По своим размерам модель должна быть больше
получаемой отливки на величину усадки металла в форме при его охлаждении и на припуск для последующей механической обработки. В зависимости от очертаний и размеров модель может быть цельной или
разъемной, состоящей из двух или нескольких частей. В большинстве
случаев модель выполняется из двух половин – верхней и нижней,
разделяемых по линии разъема.
В практике литейного производства усадку обычно выражают в
процентах по отношению к первоначальному объему жидкого металла
(объемная усадка) или первоначальным линейным размерам в полости
формы (линейная усадка). Можно считать, что объемная усадка в три
раза больше линейной.
Величина усадки зависит от химического состава сплава.
Таблица 1
Значения линейной усадки литейных сплавов, %
Чугун
серый
белый
ковкий перлитный
ковкий ферритный
аустенитный
чугун (18–25 % А1)
Сталь
углеродистая (0,14–0,75 % С)
марганцовистая (10– 14 % Мn)
жаростойкая
Бронза
0,6–1,3
1,6–2,3
1,2–2,0
1,0–1,2
1,3–2,0
2,4–2,7
1,5–2,0
2,5–3,8
1,8–2,2
оловянная
алюминиевая
1,4–1,6
1,5–2,4
Латунь
цинковая
кремнистая
1,5–2,2
1,6–1,8
Сплавы
силумин (5 –14% Si)
алюминиевые
магниевые
цинковые
1,0–1,2
1,0–2,0
1,1–1,9
1,0–1,5
Однако усадка отливок отличается от усадки сплавов. Наибольшую
усадку имеют отливки простой конфигурации, так как в них нет препятствий усадке. Величина припусков на усадку отливки является справочной величиной и зависит не только от сплава, но и габаритов отливки.
Усадка отливок со стенками разной толщины получается неравномерной вследствие неравномерного затвердевания и остывания всей отливки, так как более массивные стенки затвердевают позднее тонких.
Отливки с большим числом стержней также не имеют равномерной
усадки, стержни препятствуют ей.
6
Таблица 2
Линейная усадка отливок
Материал отливки
Линейная усадка в % для отливок
мелких
средних
крупных
0,8–1,2
0,6–1,0
0,4–0,8
1,8–2,2
1,6–2,0
1,4–1,8
1,4–1,6
1,0–1,4
0,8–1,2
0,8–1,2
0,5–1,0
0,3–0,8
Серый чугун
Сталь
Медные сплавы
Алюминиевые и магниевые сплавы
Таким образом, в отличие от усадки сплава, которая считается свободной линейной усадкой, т. е. такой усадкой, которая получается в
форме, не оказывающей противодействия уменьшению размеров отливки, практически при изготовлении отливок в большинстве случаев имеет
место затрудненная усадка, так как выступающие части формы, стержни
препятствуют свободной усадке отливки. Поэтому действительная линейная усадка будет меньше, чем свободная усадка. Фактическую усадку
отливки с учетом торможения со стороны формы, стержней, неравномерности толщины стенок и скорости охлаждения называют затрудненной или литейной. Обычно литейную усадку отливки определяют опытным путем и учитывают при корректировке рабочих размеров модельного комплекта.
Примерные значения усадки для наиболее распространенных литейных сплавов приведены в табл.3 .
Таблица 3
Примерные значения линейной усадки сплавов в %
Группа сплава
Свободная усадка
Серый чугун
Белый чугун
Оловянные бронзы
Алюминиевые бронзы
Марганцевые бронзы
Простые (цинковые) латуни
Алюминиевые латуни
Марганцевые латуни
Алюминиевые сплавы
Марганцевые сплавы
Алюминиево–кремниевый сплав
Алюминиево–магниевый сплав
Безоловянная бронза
Кремнистая латунь
Магниевые сплавы
Цинковые сплавы
1,1–1,3
1,8–2,0
1,4–1,6
2,2
2,0
1,7
1,9
1,95
0,9–1,35
1,35–1,9
0,9–1,3
1,3–1,5
1,7–2,4
1,6–1,8
1,3–1,8
0,9–1,2
7
Затрудненная
или литейная усадка
0,5–0,8
1,3–1,5
1,2–1,4
1,6
1,8
1,4
1,6
1,65
0,8–1,2
1,0–1,6
0,8–1,1
1,1–1,2
1,4–2,0
1,5–1,7
1,1–1,6
0,8–1,1
Припуски на обработку резанием наносят на чертеже изделия (детали) сплошными тонкими линиями. Величину припуска указывают цифрой перед знаком шероховатости детали или величиной уклона и линейными размерами.
При несложных отливках припуск на механическую обработку не
изображают, а указывают только его величину. Отверстия, впадины и т.
п., не выполняемые литьем, зачеркивают сплошной тонкой линией.
Припуск на обработку резанием зависит от рода металла: для отливок из серого чугуна по ГОСТ 1855 - 55, из углеродистой стали по ГОСТ
2009 - 55 (табл. 4,5,6); для верхних частей отливок припуск на механическую обработку значительно выше, чем на обработку боковых или нижних частей отливки. Это объясняется тем, что при заполнении расплавленным металлом формы неметаллические включения (шлак, частички
формовочных и стержневых материалов и др.) всплывают в верхнюю
часть отливки, где концентрируются и газообразные раковины.
В ГОСТ 1855-55 и ГОСТ 2009-55 кроме влияния размеров отражено
также положение поверхности в форме при заливке и способ изготовления отливки. Способ производства учитывается классом точности отливки: массовое – I класс точности, серийное – II , индивидуальное – III.
Задание к самостоятельной работе № 2
Для разработанного изделия (в задании № 1) выбрать сплав, определить величину усадки и припуски на механическую обработку отливки.
Конусность или формовочные уклоны
Конструкция модели должна обеспечивать извлечение модели из
формы без разрушения отпечатка. Для этого вертикальным поверхностям отливок или отдельным их частям при конструировании необходимо придавать литейные (конструктивные) уклоны.
8
Таблица 4
Припуски (мм) на обработку резанием отливок
из серого чугуна I –III классов точности
Габаритный
размер, мм
Положение
поверхности
при заливке
120
Верх, низ, бок
121 –200
Верх, низ, бок
261 –500
Верх, низ, бок
501 –800
Верх, низ, бок
801 –1250
Верх, низ, бок
1251 –2000
Верх, низ, бок
Номинальный размер, мм
50
I
2,5
2,0
2,5
2,0
3,5
2,5
4,5
3,5
5,0
3,5
5,5
4,0
II
3,5
2,5
4,0
3,0
4,5
3,5
5,0
4,0
6,0
4,0
7,0
4,5
I
2,5
2,0
3,0
2,5
3,5
3,0
4,5
3,5
5,0
4,0
6,0
4,5
50 –120
II
III
4,0 4,5
3,0 3,5
4,5 5,0
3,5 4,0
5,0 6,0
4,0 4,5
6,0 7,0
4,5 5,0
7,0 7,0
5,0 5,5
7,5 8,0
5,0 6,0
I
120 –260
II
III
–
–
–
3,0
2,5
4,0
3,5
5,0
4,0
6,0
4,5
6,5
4,5
5,0
4,0
6,0
4,5
6,5
4,5
7,0
5,0
8,0
5,5
5,5
4,5
7
5
7
5
8
6
8
6
1 Под номинальным размером понимают наибольшее расстояние между противоположными обрабатываемыми поверхностями или расстояние от базисной поверхности или оси (отливки, детали) до обрабатываемой поверхности.
Таблица 5
Припуски (мм) на обработку резанием отливок
из стали I –III классов точности
Габаритный
размер, мм
120
121 –260
261 –500
501 –800
801 –1250
1251 –2000
Положение поверхности
при заливке
Верх, низ, бок
Верх, низ, бок
Верх, низ, бок
Верх, низ, бок
Верх, низ, бок
Верх, низ, бок
I
3,5
3,0
4,0
3,0
5,0
3,0
5,0
4,0
7,0
5,0
120
II
4,5
4,0
5,0
4,0
6,0
5,0
7,0
5,0
8,0
6,0
Номинальный размер, мм
120 –260
260 –500
III
I
II III
I
II
III
5,0 –
–
–
–
–
–
4,0 –
–
–
–
–
–
5,0 4,0 6,0 6,0 –
–
–
4,0 3,5 4,0 4,5
–
–
6,0 5,0 7,0 8,0 6,0 7,0 8,0
5,0 4,0 5,0 6,0 4,0 6,0 6,0
7,0 6,0 8,0 8,0 7,0 9,0 10,0
5,0 4,5 6,0 6,0 5,0 6,0 7,0
9,0 7,0 9,0 10,0 8,0 10,0 11,0
6,0 5,0 7,0 7,0 6,0 7,0 8,0
8,0 9,0 10,0 11,0 9,0 12,0 9,0 10,0 12,0
6,0 7,0 7,0 6,0 7,0 8,0 6,0 8,0 9,0
9
Таблица 6
Припуски (мм) на обработку резанием отливок из цветных сплавов1
Производство
Габаритный
размер, мм
массовое
серийное
единичное
Отливки
простые сложные простые сложные простые сложные
200
2
2
2
3
3
3
4
201 –300
2
2
2
4
4
4
5
301 –500
3
3
3
5
5
5
6
501 –800
801 –1200
1201 –1800
3
4
4
4
5
55
4
5
5
5
6
7
5
6
7
5
6
7
7
8
9
1
Бронза, латунь, силумин.
Если конструктор будет иметь в виду последующую технологию
изготовления литого изделия (детали), то, назначая литейные (конструктивные) уклоны, он предупредит неизбежное изменение размеров
отливок вследствие формовочных уклонов, придаваемых модели при ее
изготовлении. Конструктивные уклоны для поверхностей основной части отливки или ее элементов (бобышек, ребер, утолщений, отверстий и др.) должны назначаться в соответствии с направлением разъема формы.
При последующей разработке технологического процесса тем поверхностям и частям отливок, для которых в чертежах литейные уклоны не указаны, придаются конусность или формовочные (модельные)
уклоны, обеспечивающие легкое извлечение модели из формы или освобождение стержневых ящиков от стержней без нарушения целостности
формы или стержней.
Формовочные уклоны наружных поверхностей моделей или
стержневых ящиков, применяемые при машинной и ручной формовке
по металлическим и деревянным моделям, а также при изготовлении точного литья по выплавляемым моделям, являются справочными
данными (приведены в табл. 7)
В соответствии с ГОСТ 3212-80 формовочные уклоны (рис. 1а, б, в, г)
выполняются на моделях в направлении извлечения их из формы и в зависимости от требований, предъявляемых к поверхности отливки:
– на обрабатываемых поверхностях – сверх припуска на механическую обработку за счет увеличения отливки (рис. 1а);
10
Таблица 7
Значения формовочных уклонов
Измеряемая
высота поверхности модели h, мм
(рис. 5)
До 20
Свыше 20 до 50
---------50 до 100
------- 100 до 200
-------200 до 300
-------300 до 800
Угол β для моделей
оболочковых металличеформ
ских
не более
выплавляемых
20´
15´
10´
-
1о30´
1о
45´
30´
30´
-
45´
30´
30´
20´
20´
-
деревянных
3о
1 30´
1о
45´
30´
20´
о
– на необрабатываемых поверхностях отливки, не сопрягаемых с
другими, путем увеличения и уменьшения размеров отливки (рис. 1б);
– на необрабатываемых поверхностях отливки, сопрягаемой по контуру с другой отливкой, путем уменьшения (рис. 1в) или увеличения
(рис. 1г) размеров отливки в зависимости от плоскости сопряжения.
а
б
в
г
Рис. 1(а, б, в, г). Варианты выполнения уклонов на поверхностях модельных
комплектов
11
Формовочные уклоны основных формообразующих поверхностей
моделей при изготовлении форм из песчано-глинистых смесей определяются по справочным данным (приведены в табл. 8).
Таблица 8
Формовочные уклоны β на формообразующих поверхностях
модельных комплектов
Для форм из песчано-глиниcтых
смесей
Высота осметаллические
деревянные
новной
и пластмассовые
комплекты
формообракомплекты
зующей
поверхности наруж- в углуб- наруж- в углубные
лениях
ные лениях
h, мм
при
при
d > h*
d>h
≤ 10
2° 17' 4° 34'
2° 54' 5° 45'
>10 –18
1° 36' 3° 11'
1° 54' 3° 49'
>18 – 30
1° 09' 2° 40'
1° 31 3° 03'
>30 – 50
0°48'
1° 42'
1° 02' 2° 05'
>50 –80
0° 34' 1° 13'
0°43' 1° 26'
>80 –120
0°26'
0° 54'
0° 32' 1°03'
> 120 –180 0° 19' 0° 38'
0° 23' 0° 46'
> 180 –250 0° 19' 0° 37'
0° 22' 0° 44'
>250 –315
0° 18' 0° 37'
0° 22' 0° 43'
>315 –400
0° 17' 0° 36'
0° 21' 0° 41'
>400 –500
0° 17' 0°35'
0° 19' 0°38'
> 500 –630 0° 16'
0°33'
0° 19' 0° 38'
Для смесей, твердеющих
в контакте с оснасткой
металлиметаллические
ческие
дерекомплекпласт- вянные
ты для
массокомоболочвые ком- плекты
ковых
плекты
форм
1°43'
3° 26'
4° 00'
1° 16'
2° 32'
2° 52'
0° 57'
1° 54'
2° 17'
0° 41'
1° 16'
1° 29'
0° 30'
0° 54'
1° 04'
0° 23'
0° 40'
0° 46'
0° 17'
0° 29'
0° 34'
0° 14'
0° 28'
0° 33'
0° 14'
0° 27'
0° 33'
–
0° 26'
0° 32'
–
0° 26'
0° 31'
–
0° 24'
0° 29'
* d наименьшая ширина углубления на формообразующей поверхности.
В углублениях моделей, если диаметр или наименьшая ширина более высоты d > h, формовочные уклоны делают большими. Если по технологии предусмотрено снятие полуформы с модели, уклоны могут быть
увеличены в 1,5 раза для металлических и пластмассовых моделей и в 2
раза для деревянных. Если форма изготовляется из смесей, твердеющих
в контакте с оснасткой (ЖСС, ХТС, изготовляемых по горячей оснастке), формовочные уклоны выполняют по данным табл. 8.
Формовочные уклоны на торцах цилиндрических моделей, плоскость разъема которых совпадает с осью цилиндра, делают в 1,5 раза
больше, чем указаны в табл.
Задание к самостоятельной работе № 3
Определить формовочные уклоны для разработанного изделия (по
заданию № 1).
12
Положение стержней и их знаки и размеры
Стержень – часть литейной формы, которая изготавливается от
дельно от самой формы и вставляется в нее при сборке и служит для
выполнения полости в отливке
Места установки стержней определяют по
чертежу изделия. Затем намечают предварительные
границы между основными стержнями, определяют
назначение каждого стержня, условия их изготовления, число стержней, способы изготовления, конструкции каркасов и вентиляции, состав смеси,
условия сушки, контуры и размеры знаков, а также
зазоры по контуру знаков для каждого стержня.
Размеры знаков стержней и зазоры в них принимают
по ГОСТ 3606 –80.
Стержень, его знаки изображают сплошной
тонкой линией в масштабе чертежа. Проставляют
размеры знаков и их зазоры. Стержень в разрезе штрихуют только у контурных линий и обозначают буквами ст. с указанием порядкового номера ст.1. Номер стержня соответствует порядковому номеру при установке его в форму, и ставят его на чертеже в центре стержня.
Места сопряжения стержней друг с другом обозначают на чертеже жирной или
двойной тонкой линией. Если расположение
проекций на чертеже детали не позволяет
изображать знак стержня в масштабе, то его
разрывают или изображают не в масштабе.
Направление набивки стержня изображают стрелкой.
Если стержень состоит из нескольких частей, то прямую (или ломаную) плоскость разъема изображают тонкой сплошной линией, над
которой размещают надпись «Линия разъема ст.1»
13
Точность изготовления отливок во многом определяется точностью
установки стержней в форму, их фиксацией при сборке. Точность установки стержня обеспечивается конфигурацией его знаковых частей
(контрольными знаками), которые назначают по ГОСТ 3606 –80 с учетом размеров стержня, способа формовки и его положения в форме.
Знаки – это специально предусмотренные опорные поверхности
определенной формы и размеров, обеспечивающие необходимое и
устойчивое положение стержня по чертежу. Форму и размеры знаков
обычно показывают на чертеже вместе с контурами стержней. На модели для установки стержней предусматривают аналогичные по форме выступы, которые при формовке в земляной форме образуют углубления и
пространства для установки стержней.
По конфигурации различают знаки вертикальные и горизонтальные.
Рис. 2. Вертикальный знак
Высоту h нижних стержневых знаков выбирают в зависимости от
длины L стержня и его диаметра D, для стержней прямоугольного сечения – от величины (а + b)/2 (табл. 9).
14
Таблица 9
Высота h (мм) нижних вертикальных знаков стержней для форм
сырых, сухих, твердеющих в контакте с оснасткой (ГОСТ 3606 –80)
Размеры
Высота h знака, не более, при длин L стержня, мм
стержня
(а+b)/2 до 50 50–80 80–120 120 – 180 180 – 250 250– 315 315– 400 400–500
или D, мм
До 30
30 –50
50 –80
80 –120
120 –180
180 –250
250 –315
315 –400
20
20
25
25
30
30
35
40
30
35
35
35
35
35
35
40
30
35
35
35
35
35
35
40
–
35
35
35
35
35
35
40
–
50
40
40
35
35
35
40
–
60
50
50
40
40
40
40
–
60
60
60
50
50
50
40
–
70
70
70
60
60
60
50
Высоту верхних стержневых знаков вертикальных стержней принимают не более 0,5 всей высоты h нижних вертикальных знаков. Допускается применение нижнего и верхнего знаков одинаковой высоты
для стержней массового и крупносерийного производства.
Для удобства установки вертикальные знаки делают конусной
формы в продольном направлении. В поперечном сечении конфигурация
стержня совпадает с профилем сечения отливки и бывает круглой,
овальной, прямоугольной и фигурной.
Конфигурация и размеры знаков должны обеспечить устойчивое
положение стержня в форме при заливке. Знаковая опорная часть
должна выдержать без смятия усилия собственной массы стержня и
давление от статического (вытесняющего) и динамического (ударного) воздействия жидкого металла, заполняющего форму.
Длину l горизонтальных стержневых знаков выбирают с учетом
способа формовки. Значения l приведены в табл.10 .
Рис. 3. Горизонтальные стержневые знаки
15
Таблица 10
Длина l (мм) горизонтальных знаков стержней (ГОСТ 3606 –80)
Размеры Тип
Длина l знака, не более, при длине L стержня, мм
стержня фор(а+b)/2 мы *
до 50 50–80 80–120 120–180 180–250 250–315 315–400 400–500
или D,
мм
I
20
25
30
35
–
–
–
–
До 30
II
15
20
30
35
–
–
–
–
III
10
15
20
25
–
–
–
–
I
20
25
30
35
45
50
–
–
30 –50
II
20
25
30
35
40
45
–
–
III
10
15
20
30
35
–
–
–
I
20
25
30
40
50
55
60
70
50 –80
II
20
25
30
35
40
45
–
–
III
10
15
20
25
30
35
35
40
I
20
25
35
45
55
60
70
80
80 –120
II
25
30
35
40
45
50
55
60
III
15
20
30
30
35
40
40
45
1
I – сырые формы, II – сухие формы, III – формы, твердеющие в контакте с оснасткой.
С целью облегчения сборки формы и повышения ее точности
стержневые знаки делают с уклонами.
По ГОСТ 3606 –80 формовочные уклоны на знаковых частях назначают в зависимости от высоты h или h1 знака и расположения его в форме (низ или верх по отношению к разъему).
Рис. 4. Уклоны знаков стержней
16
Таблица 11
Формовочные уклоны на знаковых частях стержня
h или hl, мм
До 30
30 –50
50 –80
80 –120
120 – 180
180 –250
α
10
7
6
6
5
5
β
15
10
8
8
6
6
α1
4
3
2
2
1
0
Зазоры между знаковыми поверхностями форм и стержней ставят
на технологическом чертеже для правильной установки стержней в форму. При очень малых размерах зазоров или при их отсутствии невозможно собрать форму без ее повреждения или нарушения точности.
Слишком большие зазоры изменяют размеры отливок, на них появляются заливы металла в местах сопряжения стержней и формы; кроме
того, облегчаются условия для проникновения металла в газоотводные каналы стержней, что приводит к образованию газовых раковин в отливках.
Знаки стержня должны входить в соответствующие отпечатки в
форме возможно более точно. Для этого диаметр и ширину основания
знаков модели 2 (рис.5а) делают больше соответствующего размера
стержневого ящика 1 (рис. 5б) на удвоенную величину зазора S1 (для
нижнего знака) или S3 = 1,5 S1 (для верхнего знака). Высота h верхнего
знака модели превышает высоту знака стержня на величину S2 (рис.5в).
Рис. 5. Стержневые знаки
17
Рекомендуемые зазоры приведены в табл. 12.
Таблица 12
Зазоры (мм) между знаками формы и стержня (на сторону),
ГОСТ 3606–80
50 –80
80 –120
Зазор
80–120
120–180
180–250
250–315
315–400
400–500
30 –50
50–80
До 30
Тип
Зазор S1,при длине стержня L, мм
модельного –S, при
комплекта 1 длине
стержня L, мм
до 50
Высота
знака h
или h1,
мм
I
02
0,2
0,3
0,3
0,4
0,4
0,5
0,5
II
0,3
0,4
0,4
0,5
0,6
0,6
0,7
0,7
III
IV
0,5
0,8
0,6
0,9
0,7
1,1
0,8
1,2
0,9
1,4
1,0
1,6
1,1
1,8
1,2
2,0
I
0,3
0,3
0,4
0,4
0,5
0,5
0,6
0,6
II
III
0,4
0,7
0,5
0,8
0,6
0,9
0,6
1,0
0,7
1,1
0,8
1,3
0,8
1,4
0,9
1,5
IV
1,2
1,3
1,5
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
I
0,3
0,3
0,4
0,4
0,5
0,5
0,6
0,6
II
0,5
0,6
0,6
0,7
0,8
0,8
0,9
0,9
III
IV
0,8
1,3
0,9
1,4
1,0
1,6
1,1
1,7
1,2
1,9
1,3
2,1
1,4
2,3
1,5
2,5
I
03
0,3
0,4
0,4
0,5
0,5
0,6
0,6
II
0,5
0,6
0,6
0,7
0,8
0,8
0,9
0,9
III
IV
I
0,8
1,3
0,3
0,9
1,5
0,4
1,0
1,6
0,4
1,1
1,8
0,5
1,2
2,0
0,6
1,4
2,1
0,6
1,5
2,3
0,7
1,6
2,5
0,7
II
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
III
IV
0,8
1,2
0,9
1,5
1,1
1,7
1,2
2,0
1,4
2,3
1,6
2,6
1,8
2,8
2,0
3,1
I – модельные комплекты I и II класса точности из металла и пластмассы; II – модельные комплекты 3 класса точности из металла и пластмассы и I класса точности из
дерева; 3–модельные комплекты 2 класса точности из дерева; 4 – модельные комплекты
3 класса точности из дерева
18
Конструкция знаков, кроме того, должна обеспечить возможность
вывода из стержня газов, образующихся при заливке. Для этого в стержнях внутри делают газоотводные каналы. Направление вывода газов из
формы и стержня изображают стрелкой, вдоль которой проставляют
буквенное обозначение ВГ (вывод газов).
Задание к самостоятельной работе № 4. Обозначить на чертеже
отливки (по заданию №1) стержень и определить стержневые знаки.
Выбор опок
Габаритные размеры опок определяются размерами модели, числом
моделей и их расположением в опоке, размерами литниковых и стержневых знаков.
При выборе опок необходимо учитывать:
1) толщину слоя формовочной смеси вокруг отливки, который не
разрушался бы при заливке формы (расстояния от отливки или модели
до стенки опоки берутся для опок: мелких 30–50 мм, средних 50–100 мм,
крупных 100–150 мм);
2) расстояние от стержневого знака до стенки опок (примерно
40–50 мм);
3) расстояние от модели до нижней или верхней плоскости опоки
(принимают для опок: мелких 40–60 мм, средних 60–120 мм, крупных
100–150 мм).
При формовке нескольких моделей в одной опоке расстояние между
ними в плоскости разъема принимают для тонкостенных отливок и неглубоких форм не менее 20 мм, толстостенных отливок и глубоких форм
не менее 30 мм.
Задание к самостоятельной работе № 5. Выбрать опоки для выбранного изделия (по заданию №1), пользуясь таблицами 13,14,15.
19
Таблица 13
Толщина слоя формовочной смеси
20
Таблица 14
Основные размеры опок
21
Таблица 15
Высота опок
22
Расчет литниковых систем
Литниковой системой называют каналы, по которым жидкий металл
поступает из разливного ковша в полость формы.
Литниковая система состоит из следующих основных элементов:
Различают несколько характерных
способов подвода литников в песчано–
глинистых формах.
Литниковая система оказывает большое влияние на качество отливок, а также и на степень использования металла,
залитого в форму. Заливка в формы прекращается тогда, когда металл заполнит
не только полость формы, но и всю литниковую систему. Металл, затвердевший
в литниковой системе, так называемые
Рис.6. 1 – литниковая чаша (во- «литники», отделяют от отливки и переронка); 2 – стояк; 3 – распреде- дают на переплавку. Излишне большие
лительный канал (шлакоулови- размеры каналов литниковой системы
приводят к перерасходу металла и изтель); 4 – литники (питатели)
лишним расходам на его переплавку.
Размеры литниковых каналов должны быть наименьшими и в то же
время достаточными для спокойного и хорошего заполнения полости
формы.
Рис. 7. Подвод металла к отливке: а – сифонная заливка (заливка снизу);
б – заливка сверху; в – заливка в середину отливки; г– ступенчатая расширяющаяся литниковая система; д – ступенчатая сужающаяся литниковая система;
е – заливка через несколько самостоятельных литников; ж – сифонная ступенчатая литниковая система.
23
Размеры литниковых каналов определяют расчетом по элементарным формулам гидравлики, в которые введены обобщенные опытные
коэффициенты. Расчет начинается с определения площади наименьшего
поперечного сечения узкого места литниковой системы.
В литниковых системах, применяемых при изготовлении отливок из
чугуна, стали и большинства медных сплавов, наименьшим поперечным
сечением является сечение питателей у входа их в полость формы.
В большинстве случаев расчет ведут методом Озанна–Дитерта.
Прежде всего находят суммарную площадь поперечного сечения литников, см2
M
M
Fлит 

,
  2 gHp
где М – масса отливки, г;  – плотность расплава г/см3;  – продолжительность заливки, с; v – скорость истечения металла, см/с;  – коэффициент сопротивления; g – ускорение силы тяжести, см/с2; Нр – расчётный статический напор металла, см.
Коэффициент  , характеризует общее гидравлическое сопротивление движущемуся расплаву литниковой системы и формы. Коэффициент
 зависит от поворотов, завихрений, сужений струи металла в литниковой системе, а также конфигурации отливки, количества выделяющихся
газов, газопроницаемости и влажности, завихрений и ударов расплава в
форме. Значение  невозможно подсчитать, обычно его определяют экспериментально. Для мелкого тонкостенного этот коэффициент принимают равным 0,25–0,4, для крупного толстостенного литья – 0,7–0,8.
Значения  можно определить по таблице 16.
Таблица. 16
Значения коэффициента 
Сплав
Чугуны, стали:
углеродистые
легированные
Алюминиевые
Магниевые
Медные
Литниковая система
горизонтальная
вертикальная
2,0/3,4
–/3,9
0,9 –1,75/ – 0,4 –0,8
–/–
1,9 –2,5/2,3 –2,7
2,7 –3,0/3,3 –4,0
2,4 –2,8/2,5 –2,9
3,0 –4,3/3,7 –4,2
1,9 –2,1/ –
3,0 –4,3/3,7 –4,2
24
Примечания: 1. В числителе приведены значения для песчаной формы, в знаменателе – для кокиля. 2. Меньшие значения принимают для мелких отливок, большие – для
крупных.
Статический напор Нр определяют из соотношения
h2
H p  H ст  отл ,
2 H отл
где Нст – высота стояка от места подвода металла в форму;
НОТЛ – высота отливки; hОТЛ – расстояние от места подвода металла в
форму до верха отливки.
При сифонной заливке (рис. 7a) hОТЛ = НОТЛ,
H p  H ст
Н отл
.
2
При заливке сверху (рис.7б) hОТЛ =0, НР = НСТ.
При подводе металла к середине высоты отливки (рис. 7в)
hОТЛ = НОТЛ /2.
H
H p  H ст  отл .
8
Время заполнения рассчитывают по формуле
  Am M n ,
где  – преобладающая толщина отливки; А, т, п – эмпирические величины т = n = 0,334, значения А приведены в табл..
Продолжительность заполнения полости формы для тонкостенных
чугунных и стальных отливок массой до 400 кг определяется по формуле
 A M ,
где М – масса отливок с литниками и прибылями в кг;
А – коэффициент, зависящий от толщины стенок отливки.
Для чугунных отливок рекомендуются следующие значения А:
Толщина стенки в мм А
3–4 ………………………………………….......... 1,63
5–8 ……………………………………………….. 1,85
8–15………………………………………………. 2,20
25
Продолжительность заполнения полости формы металлом при заливке крупных чугунных и стальных отливок определяется по формуле
  A3 M
(обозначения те же, что и для предыдущей формулы).
Продолжительность заполнения полости формы при производстве
мелких стальных и чугунных отливок, и отливок из сплавов цветных металлов можно подсчитать по формуле
  A3 M ,
где δ – преобладающая или средняя толщина стенок отливки в мм,
Значения А приведены в таблице 17.
Таблица 17
Значения А для различных сплавов
Сплав
А
Чугун
2
Сталь
1,3–1,8
Алюминиевый
1,7–3,0
Магниевый
2,3–4,5
Бронза
2,0–2,8
Латунь
1,9
Необходимо учитывать, что для стальных отливок значения коэффициента А выбираются в зависимости от способа подвода металла в форму.
При подводе металла снизу сифоном или в толстостенные части отливок
А принимается равным 1,3–1,5; при подводе металла на половину высоты
отливки или ступенчатом подводе А = 1,4÷1,6; при подводе металла сверху или равномерно в тонкостенные части отливки А = 1,5÷1,8.
Время заливки проверяют по скорости подъема металла в форме. Она
должна быть достаточной, чтобы металл не успел сильно охладиться, и
по возможности минимальной, чтобы не вызвать нежелательных завихрений и пленообразований в текущем металле.
Для алюминиевых и магниевых сплавов, алюминиевых бронз скорость подъема металла в форме рекомендуется определять по эмпирической формуле: vпод = (3 ÷ 4,5)/δ, где δ – преобладающая толщина стенок
отливки, см. Для литейных латуней vпод = (3,5 ÷ 4,5)/δ см/с и для оловянных бронз vпод = (3 ÷ 5)/δ см/с.
26
По площади поперечного сечения питателей определяются площади
поперечных сечений остальных элементов литниковой системы, исходя
из определенных соотношений, установленных опытом. Эти соотношения не являются общепринятыми и колеблются в довольно широких
пределах.
Например отношение площади поперечного сечения литников FЛИТ к
площади поперечного сечения распределительного канала FP.K и стояка
FCT:
для чугуна FCT : Fp.к : FЛИТ = 1:1,2:1,5; 1,2:1,1:1,0;
для стали FCT : Fp.к : FЛИТ = 1,1:1,3:1,5;
для медных сплавов FCT : Fp.к : FЛИТ = 1:2:(2÷4);
для алюминиевых и магниевых сплавов
FCT : Fp.к : FЛИТ = 1:(2÷4):(2÷6).
При литье по выплавляемым моделям литниковая система должна
обеспечивать не только качественное заполнение литейной формы, но и
компенсировать объемную усадку металла при затвердевании. Как правило, каждая форма является оригинальной конструкцией и требует разработки особой литниково–питающей системы, оптимальной для этой
конструкции.
При литье художественных отливок по выплавляемым моделям, как
правило используется верхняя литниковая система.
27
Стояк верхней литниковой системы делают в виде щели в полость
формы сверху и он одновременно выполняет роль стояка, шлакоуловителя и питателя, поэтому ее часто называют щелевой литниковой системой. Такая литниковая система удобна тем, что ее можно ставить в центре полости формы, откуда металл равномерно растекается во все ее части.
При этом высота литниковой системы равна 2–ум ее средним диаметрам H = 2dср.
Ср. диаметр d ср.  0,83 0,44 RЭ3  vОТ Л,
RЭ – эффективная приведенная толщина теплового узла отливки.
Тело любой конфигурации объемом ν передает аккумулированное
им тепло форме через поверхность. Отношение объема тела к его поверхности называют приведенной толщиной тела. Ее также называют
модулем охлаждения.
v
RЭ  ,
S
где ν – объем тела;
S – площадь тела
abc
,
Для параллелепипеда RЭ 
2(ac  ab  bc)
для окружности
R
Q
,
6
где Q = d.
В литейных цехах, в большинстве случаев размеры элементов литниковых систем определяют по номограммам (рис. 8), составленным на
основании расчетов и производственного опыта.
28
29
Рис. 8. Номограмма К. А. Соболева для расчета сечения питателей
для чугунных отливок
0
Пример 1. Допустим, что необходимо рассчитать литниковую систему для чугунной отливки массой 900 кг с преобладающей толщиной
стенки 15 мм. Расчетная высота стояка равна 60 см, форма отливки имеет среднее сопротивление. По номограмме в правой части находим точку, соответствующую 900 кг, затем из нее проводим вертикальную линию до пересечения с наклонной линией, соответствующей толщине
стенки 15 мм. Из найденной точки проводим линию параллельно оси
абсцисс до пересечения с наклонной линией, соответствующей расчетному напору 60 см, и из точки пересечения этих линий опускаем вертикаль на ось абсцисс. Пересечение вертикали с осью абсцисс указывает на
то, что для формы со средним сопротивлением суммарная площадь сечения питателей для данной отливки составляет 19,5 см2.
Задание к самостоятельной работе № 6. Рассчитать литниковую
систему для чугунной отливки массой а кг с преобладающей толщиной
стенки в мм. Расчетная высота стояка равна h см, форма отливки имеет
сопротивление x.
№
варианта
Масса
отливки а кг
Преобладающей
толщиной стенки
отливки в мм.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
200
300
750
25
100
150
20
50
75
1000
5
8
50
5
10
15
5
8
10
50
Расчетная
высота стояка равна h
см
30
50
60
70
80
100
5
10
30
100
Внутренне сопротивление
формы
x
малое
среднее
среднее
среднее
большое
малое
малое
малое
малое
большое
Пример 2. Рассчитать элементы литниковой системы для отливки
из стали массой 42,5 кг.
Для определения размеров сечения элементов л. с. нужно задаться
соотношением их размеров. Для л. с. стальных отливок массой до 1 т:
Fn : Fл.х. : Fст = 1 : 1,15 : 1,3
Самым узким местом является питатель, поэтому его расчет ведем
по формуле Озанна – Дитерта:
1000  М
 Fn 
,
     2H p  g
30
где Fn – суммарная площадь сечения питателей, см2;
М – полная масса металла в форме вместе с л. с. и прибылями, кг;
 – удельный вес жидкого металла, для стали  = 7 г/см3;
 – коэффициент расхода л.с.;
 – время заливки, с;
Hр – средний, расчетный напор, действующий в л.с. во время заливки, см;
g – ускорение силы тяжести, g = 981см/с2.
В случае заливки чугуна и стали формула (11) имеет вид:
 Fn 
М
.
0,31      H р
Так как данная отливка требует установки прибылей, то металлоемкость отливок определяется по формуле:
М
М отл
,
ТВГ
где Мотл – масса отливки, кг;
ТВГ – технологический выход годного.
ТВГ 
М отл
М отл  М л .с.  М пр
где Mл.с. – масса л.с., Mл.с. равен 1015 % от Mотл, принимаем 12 %.
Для данной отливки ТВГ = 0,65;
Масса отливки определяется по формуле:
Мотл = 2(Мдет + Мпр.м.о.)
где – Мдет – масса детали, Мдет = 42,5 кг;
Мпр.м.о. – масса металла на припуски и механическую обработку, кг;
Припуски на механическую обработку составляют 7–10 % от массы
детали, принимаем 9 %.
Мпр.м.о.= 0,09Мдет. = 0,09·42,5 = 3,83 кг,
Мотл = 2·(42,5 + 3,83) = 92,66 кг
31
92,66
 142 ,55 кг .
0,65
Расчетный напор определяется по формуле для рис. 4:
М
Hp  H 
P2
,
2C
где H – начальный напор, или расстояние от места подвода металла к
отливке до носка ковша, см;
P – расстояние от самой верхней точки отливки до уровня подвода, см;
С – высота отливки по положению при заливке, см.
Чтобы определить Н, нужно знать высоту опок Нв.о. и Нн.о. Их размеры определяются согласно габаритных размеров отливки
Рис. 9. Схема к определению расчетного напора:
1 – носковый ковш; 2 – приемное устройство (воронка); 3 – питатель;
4 – отливка; 5 – стержень.
Н = Нв.о + hв – b/2,
где Нв.о – высота верхней опоки, Нв.о= 15 см;
hв – высота уровня металла в воронке, hв = 6 см (высота воронки
Нв = 75 мм);
32
b – высота стержня, b = 18,4 см.
Н = 15 + 6 – 18,4 / 2 = 11,8 см,
Р = hм.в – b/2,
где hм.в. – высота модели верха, hм.в. = 26,25 см.
Р = 26,25 – 9,2 = 17,05 см.
С = hм.в + hм.н
где hм.н. – высота модели низа, hм.н = 15,5 см.
С = 26,25 + 15,5 = 41,75 см.
Тогда рабочий напор равен:
H p  11,8 
17,05 2
 8,32 см.
2  41,75
Время заливки определяется по формуле Беленького, Дубицкого,
Соболева:
  S 3  M ,
где S – коэффициент времени, для стальных отливок S = 1,41,6 принимаем S = 1,5;
 – толщина определяющей стенки,  = 15 мм;
М – масса отливки вместе с л. с., кг.
  1,5  15 142,55  19,32 с .
Тогда Fп равна:
 Fп 
142,55
 16,84 см2 .
0,31  0,49 19,32  8,32
Скорость заливки:
V=
G 142,55

 7,38 кг/с ,
 19,32
33
Общая формула для определения площадей сечения остальных элементов л.с.:
Fi = Fп·ki·Pi ,
где Fп – площадь одного питателя, см2;
ki – отношение площади i–ого элемента л.с. к суммарной площади
питателей, обслуживаемых i–ым элементом;
Pi – число питателей, обслуживаемых i – ым элементом, Pi = 4.
Для питателя:
 Fп 16,84
Fп 

 4,21 см2 .
Pi
4
Для литникового хода:
Fл.х. = 4,21·1,15·4 = 19,36 см2.
Для стояка:
Fст = 4,21·1,3·4 = 21,89 см2.
Рис. 10. Сечения элементов литниковой системы
Размеры шлакоуловителей и питателей определяем по таблицам
18,19.
34
Таблица 18
Размеры шлакоуловителя
35
30
Таблица 19
Размеры питателей
36
31
Задание к самостоятельной работе № 7. Выбрать подвод металла
в форму и расчитать элементы литниковой согласно задания № 1.
Расчет прибыли
Прибылями называют наполненные жидким металлом полости, располагающиеся у наиболее массивных частей отливок и предназначенные
для предупреждения образования в отливках усадочных раковин. Прибыль должна все время пополнять затвердевающую отливку жидким металлом и, следовательно, сама затвердевать последней.
Размеры и конструкцию прибылей указывают на чертеже отливки,
и по этим данным вместе с изготовлением модели готовят комплект моделей прибылей. Прибыли на отливках предусматривают при литье
цветных сплавов, склонных к сосредоточенной усадочной раковине, т. е.
с узким интервалом кристаллизации (силумины, алюминиевые бронзы,
латуни и др.), при изготовлении отливок из высокопрочных, высоколегированных чугунов, сталей. Размеры прибылей определяют по формулам, графикам или заводским нормалям с учетом того, что прибыль
должна затвердевать после теплового узла, который она питает. Масса
расплава в прибыли должна составлять 0,8–1,5 массы питаемого узла
отливки. Прибыли располагают у частей отливки, которые затвердевают
последними.
Рис. 11. Формы прибылей:
Dп – диаметр прибыли; Dв – верхний диаметр прибыли; Нп – высота открытой
прибыли; Нз – высота закрытой прибыли; Dy –диаметр термического узла отливки; Dп = 1,2 –1,6 Dу; Dв = 1,4–1,5 Dп; Нп = 1,84–2,0 Dп; Нз = 0,6–0,8Dп
37
Минимальные размеры прибыли можно определить по формуле:
Vп = kyVОТЛ,
где Vп – объем прибыли;
VОТЛ – объем отливки или питаемого узла;
у – коэффициент объемной усадки (для силуминов 0,04–0,08, магниевых сплавов 0,04–0,05, латуней 0,04–0,07, бронзы 0,04–0,07);
k – коэффициент запаса (для обычных прибылей 3–6, для обогреваемых 2).
В практике литья медных сплавов применяют прибыли: прямые открытые, с обогревом экзотермическими смесями, закрытые сферические,
с атмосферным и газовым давлением. Более высокая эффективность
прибылей с газовым и атмосферным давлением позволяет уменьшать их
объем по сравнению с объемом прямых открытых прибылей даже в случае обогрева последних экзотермическими смесями. Для определения
размеров прибылей рекомендуют следующие соотношения, приведенные в табл. 20:
Таблица 20
Соотношения для определения размеров прибыли
Dп
Dп.в
Нп
Нп.з
Для оловянных бронз (1,1 –1,3) Dy (1,2 –1,4) Dy (1,0 –1,2) Dп (0,5 –0,7) Dп
Для алюминиевых
(1,3 –1,6) Dy (1,4 –1,7) Dy (1,4 –2,0) Dп (0,8 –1,0) Dп
бронз и латуней
Здесь Dy – диаметр окружности, вписанной в тепловой узел; Dп –
диаметр окружности, вписанной в основание прибыли; Dп.в – верхний
диаметр прибыли; Нп –высота открытой прибыли; Нп.з – высота закрытой прибыли
Для сплавов с широким интервалом кристаллизации, например оловянных бронз, установка массивных прибылей неоправданна, так как
металл в прибыли затвердевает одновременно с отливкой с образованием жидко–твердой фазы, которая затрудняет поступление металла к
фронту кристаллизации.
Над верхними поверхностями отливок из сплавов с широким интервалом кристаллизации устанавливают выпоры. Выпорами называют вертикальные каналы, располагающиеся над самым высоким местом полости формы, на стороне, противоположной месту подвода в нее металла.
Выпоры служат для выхода газов из формы при заливке ее металлом,
для всплывания шлака, различного сора из формы, а также для фиксирования окончания заливки. Наружное отверстие выпоров должно находиться на одном уровне с литниковой чашей. Выпоры по форме похожи
на прибыли, но имеют размеры, значительно меньшие, чем прибыли.
38
Пример. Расчет прибылей по методу проф. Андреева. Большинство способов расчета прибылей основаны на "методе вписанных
окружностей". Суть его заключается в том, что на листе бумаги в натуральную величину вычерчивается термический узел и в него вписывают
окружность так, чтобы она касалась стенок отливки. Окружность диаметром d и есть размер термического узла (рис. 12 ).
Рис. 12. Термический узел
Прибыль № 1
Диаметр круга, вписанного в узел, см:
2
D  Do 

3 a 

D  Do 
2 
d

,
3
2


8  a  D  Do 
2


где a – толщина боковой стенки, a = 1,5 см;
D – наружный диаметр узла, D = 23 см;
Do – внутренний диаметр узла, Do = 18 см.
2
23  18 

 3 1,5 

23  18 
2 
d

 3,18 см .
3
2


8  1,5  23  18 
2


39
Диаметр кольца компенсирующего металла, см:
do  0,22 H 
D  Do
 2  a2 ,
2
где Н – высота питаемого узла, Н = 6,5 см.
d o  0,22 6,5 
23  18
 2 1,52  1,0 см.
2
Диаметр прибыли, см:
Dп = do + d1,
Dп = 1,0 + 3,18 = 4,18 см.
Высота прибыли, см:
Нп = do + 0,85· Dп,
Нп = 1,0 + 0,85·4,18 = 4,55 см
Длина прибыли: Lп1 = 32,18 см.
Прибыль № 2
Диаметр круга, вписанного в узел, см:
2
D  Do 

3 a 

D  Do 
2 
d

,
3
2


8  a  D  Do 
2


где a – толщина боковой стенки, a = 1,5 см;
D – наружный диаметр узла, D = 20 см;
Do – внутренний диаметр узла, Do = 15 см.
2
20  15 

 3 1,5 

20  15 
2 
d

 3,18 см .
3
2


8  1,5  20  15 
2


40
Диаметр кольца компенсирующего металла, см:
d o  0,22 H 
D  Do
 2a 2 ,
2
где Н – высота питаемого узла, Н = 6,5 см.
d o  0,22 6,5 
20  15
 2 1,52  1,0 см.
2
Диаметр прибыли, см:
Dп = do + d1,
Dп = 1,0 + 3,18 = 4,18 см.
Высота прибыли, см:
Нп = do + 0,85· Dп,
Нп = 1,0 + 0,85·4,18 = 4,55 см.
Длина прибыли: Lп2 = 29,04 см.
Объем прибылей
 2
D 

 Dп  Lп1   H п  п   Dп  Lп1 ,
8
2 


D 

  Dп2  Lп 2   H п  п   Dп  Lп 2 ,
8
2 

Vпр1 
Vпр 2
3,14
4,18 

3
 4,182  32,18   4,55 
  4,18  32,18  551,59 см ,
8
2 

3,14
4,18 

3

 4,182  29,04   4,55 
  4,18  29,04  497,77 см .
8
2 

Vпр1 
Vпр 2
Масса прибылей:
Мпр = (Vпр1 + Vпр2) ·ж.ме.,
Мпр = 2·(551,59 + 497,77) ·7 = 14691,04 г.
Выход годного равен:
41
ТВГ 
M отл
,
M отл  M л .с.  M пр
где Мл.с. – масса л.с., Мл.с. равен 1015 % от Мотл, принимаем 12 %.
Мл.с. = 0,12·92,66 = 11,12 кг.
Тогда:
ТВГ 
92,66
 0,78.
92,66  11,12  14,69
Задание к самостоятельной работе № 8. Рассчитать прибыль для
отливки (по заданию № 1).
Крепление полуформ и расчет груза
При заполнении формы расплав создает давление на стенки формы,
пропорциональное плотности и высоте его столба. Это может привести к
тому, что под давлением расплава верхняя опока приподнимается, в результате по разъему верхней и нижней полуформ образуется щель, через
которую расплав может вытечь. Чтобы исключить это, верхнюю и нижнюю полуформы скрепляют болтами, скобами, струбцинами, клиньями
или на собранную форму устанавливают груз (рис. 13). Иногда давление
расплава может быть значительным, тогда форму устанавливают в кессон и уплотняют с боков формовочную смесь, а сверху ставят грузы.
Рис. 13. Способы крепления форм
42
Чтобы рассчитать крепление или массу груза, необходимо знать силу, с которой расплав действует на верхнюю полуформу. Эта сила равна
массе воображаемого столба расплава над частью отливки находящейся в верхней полуформе) высотой до уровня расплава в литниковой
чаше. На рис. 14 эти воображаемые объемы жидкости заштрихованы в
клетку.
Рис. 14. К расчету груза
Например, рассчитаем груз для формы, приведенной на рис. 14.
Расчет груза и крепления формы. Для определения массы груза или
усилия, по которому должно быть выбрано крепление формы, необходимо подсчитать силу действия расплава на верхнюю полуформу. Так,
для чугунной плиты (см. рис.14) сила действия расплава на верхнюю
полуформу при его плотности р = 7 кг/дм3 составит
Рм = Fhp = 20.20.3,7 = 84 кН,
где F –площадь проекции отливки; h – напор расплава.
Полученное значение Рм необходимо несколько увеличить для
предотвращения раскрытия формы от динамического воздействия расплава на форму при заливке и неравномерности распределения давления
его по площади полуформы.
43
Рис. 15. К расчету силы действия расплава на верхнюю полуформу
Рассчитаем силу действия расплава на верхнюю полуформу цилиндра при горизонтальной заливке (рис. 15). Примем плотность жидкого
чугуна р = 7 кг/дм3.
Сила действия расплава на внутреннюю поверхность формы равна
его массе. Внешний диаметр трубы d = 1400 мм, длина / = 2000 мм, высота уровня расплава h = 1 м:
Рм = [dlh – (1/2) (d2/4) l] р =
= [14.20.10 – (1/2)(0,785.14.2).20]7= 88,2 кН.
Так как стержень со всех сторон окружен расплавом и испытывает
действие его снизу вверх, то сила этого действия пропорциональна объему жидкости, вытесненной стержнем, без силы тяжести стержня GCT.
Пусть GCT = 63,7 кН, тогда
Рот = (d2 / 4) / p – GCT = (3,14.13.2 / 4) / 20.7 – 63,7= 122 кН,
где d – внутренний диаметр труб, d = 1,3 м.
Усилие через стержень передается верхней полуформе, поэтому сила, с которой расплав стремится поднять верхнюю полуформу,
Р = Рк + Рст = 8820 + 12 200 = 210,2 кН.
Для определения усилия, которое должно выдерживать крепление
полуформ, из полученного значения Р нужно вычесть массу верхней полуформы. Полученное усилие следует увеличить на 30–40 %, так как
44
необходимо учитывать гидравлический удар при окончании заполнения
формы.
Задание к самостоятельной работе № 9. Рассчитать массу груза
при заливке формы выбранного изделия (по заданию № 1).
45
Литература
1. Технологические основы производства художественных отливок:
конспект лекций / Сост. Ю. Ж. Кабалоев. СКГМИ(ГТУ). Владикавказ,
изд «Терек», 2005. 420 с.
2. Лившиц В. Б. Художественное литье. Материалы, технология,
практика. М.: Рипол. Классик. 2004. 190 с.
3. Гини Э. Ч. Технология литейного производства: Специальные виды литья: Учеб. для вузов. Допущено МО РФ / Под ред. В. А. Рыбкина.
М.: Academia. 2005. 349 с.
4. Курдюмов В. А., Пикунов М. В., Чурсин В. М. Литейное производство цветных и редких металлов. М.: Металлургия, 1992. 352 с.
5. Изготовление художественных отливок / В. А. Васильев, Н. И. Бех,
Э. Ч. Гини, А. М. Петриченко; под ред. В. А. Васильева. М.: Интермет
Инжиринг. 2001. 303 с.
6. Магницкий О. Н., Пирайнен В. Ю. Художественное литье. Санкт–
Петербург, Политехника, 1996. 231 с.
46