Бекер (Бекер М.Б. Литье под давлением), страница 7

Экономическая целесообразность изготовления деталей литьем под давлением из сплавов с высокой температурой плавления взамен проката определяется снижением объема механической обработки. Из черных сплавов изготовляют те детали, масса которых играет решающую роль в работе изделий (транспортные и газотурбинные двигатели, судовая арматура, атомные энергетические установки, приборы оптической промышленности) (8). Исследования показали, что наиболее подходящими для литья под давлением являются коррозионно-стойкие стали !8). Они значительно дольше затвердевают, чем обычные низкоуглеродистые и низколегированные стали, имеют более низкуютеплопроводиость, благодаря чему повышаются четкость контуров отливки и качество ее поверхности.

Углеродистые стали сложнее отливать под давлением из-за высокой температуры плавления, узкого интервала кристаллизации и большой усадки. В СССР освоено литье под давлением сталей 10Х18НВЛ, 20Х1ЗЛ (ГОСТ 2178 — 77). Установлено, что чем ниже температура плавления стали и чем меньше твердость отливки при температуре выталкивания ее из пресс-формы, тем более пригодна сталь для 31 литья под давлением. Средние значения механических свойств 10 — 15 образцов с диаметром 5 и длиной 50 мм в закаленном состоянии из стали 10Х18Н9Л, изготовленных различными способами, приведены в табл. 2.8. По результатам лабораторных исследований фирмы Оепега! Е!ес1Н1г (США), детали из хромоникелевой стали (180з Сг, 8' )ч)), полученные литьем под давлением, обладают более высокой прочностью и коррозионной стойкостью, чем детали, полученные литьем в песчаные формы (табл.

2,9). ЗЛЬ ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЛИТОЙ ДЕТАЛИ Основные преимушества литья под давлением (высокая производительность, точность размеров отливки и высокое качество поверхности) в полной мере могут быть реализованы в производстве только в том случае, если при конструировании литой детали учтены все особенности технологического процесса. Под технологичностью литой детали подразумевают такое ее конструктивное оформление, которое, не снижая основных требований к конструкции, способствует получению заданных физико-механических свойств, размерной точности и шероховатости поверхности при минимальной трудоемкости изготовления и ограниченном использовании дефицитных материалов, Конструирование литой детали основано на анализе факторов, характеризующих преимущества и недостатки технологического процесса литья под давлением по сравнению с другими способами литья.

Чтобы полнее использовать возможности процесса литья под давлением, нужно уже на стадии конструирования литой детали учитывать все его особенности. Прежде всего, конструктора и технолога-литейщика должна связывать творческая работа, Это позволит создать конструкцию, не только отвечающую техническим требованиям при эксплуатации изделия, но получить отливку, отвечающую возможностям технологии литья под давлением при соблюдении зкономической целесообразности ее получения на заданную программу выпуска.

Высокая точность размеров, вызывающая необходимость иметь дорогостоящую оснастку, высокая производительность, требующая сложного оборудования, ограничение размеров и массы отливок, а также и повышенное содержание в них газов — все это требует создания оптимальных, экономически целесообразных и технически выполнимых констр у кци й. При разработке чертежа литой детали необходимо в первую очередь установить, какие требования являются определяющими для данного изделия при его эксплуатации: прочность, герметичность, жесткость, качество поверхности, внешний вид или эстетическая форма. Детали, предназначенные для изготовления литьем под давлением, в зависимости от конфигурации их наружных и внутренних поверхностей можно условно подразделить на четыре группы слож- 32 2.10.

Группы сложности лнтыв деталей Карактериетика еоверквоеееа йя е "и Нарактернсти ка дета лев Преверы деталей наружвык ввутреиивк Отсутствуют Крышки, фланцы, ручки, втулки, ма- ховики Прямолинейные и гладкие, с невысокими ребрами, буртиками, бобышками, отверстиями Простые Сложные корпуса приборов, корпуса двигателей мотоциклов, велосипедов, мотороллеров, насосов Слож- ные Сложные с двумя пересекающимиси плоскостями или нилин дрическими участками Криволинейные и прямолинейные с несхолькими пересекающимися пло- скостямв П П1 Сложные с криволиней. ными и прямолинейные с пересекающимися участ.

ками Особо слож- ные Криволинейные и прямолинейные, пересекающиеся под углом, с выступающими частями и углублениями очень сложной нонфитурации Блоки и головки блоков цилиндров автомобильных двигателей, сло1кные корпуса на- сосов ности (табл.

2,10). По назначению эти детали можно подразделить на три группы: прочные, герметичные и декоративные. Для того чтобы обеспечить производство бездефектных отливок, необходимо, создавая чертеж литой детали, определить оптимальную плоскость разъема будущей пресс-формы н возможность формирования отверстий с помощью подвижных или неподвижных стержней. Литая деталь должна обладать конструкционной прочностью, жесткостью и герметичностью, быть технологичной. Рекомендации по конструктивному оформлению литой детали до последнего времени основываются на обобщении накопленного годами производственного опыта. Поскольку конструкции литых деталей и технологии их изготовления непрерывно совершенствуются, то эмпирические методы ограничивают возможности получения отливок оптимальной прочности, надежности, металло- емкости и долговечности.

Если в технологии уже имеются научные подходы к выбору оптимальных режимов процесса получения деталей, разрабатываются типовые проектные решения технологических процессов с применением ЭВМ и проводятся работы по созданию систем автоматизированного проектирования (САПР) литейной технологии (ЛТ), то при конструировании литой детали количествен- 2 Закан аа 33 ншй метод еще вольно начинаез разрабатеявзвься.

Основным этапом данного метода является машинный Не епаиепьнии Ириаии 14 Пеааиепьиии Е Ь-Ъ поиск оптимального варианта конструкции литой детали и технологии ее изго6=-РЛ товления с использованием математических моделей статистического, экономико-математического и физико-математического характера -+ 1221. Автоматизированное проектирование литой детали должно учитывать связи между ее конструкцией, механическими свойствами, наличием или отсутствием дефектов.

В современных условиях при достаточно обоснованных исходных данных для составления пакета программ автоматизированное проектирование литой детали Рнс. 2.1. поперечные сеченнн лнтыл летн- может обеспечить выбор лей оптимальной конструкции. Уже разработаны методологические осяовы конструирования элементов с целью получения научно обоснованных исходных данных для составления пакета программ САПР конструкций литых деталей [51, 601. Конструкцию литой детали следует рассматривать как систему с последовательным и параллельным соединением ее конструктивных элементов, например различного рода сопряжений и сочленений стенок и узлов.

Все эти элементы взаимосвязаны, но в процессе формирования отливки и ее свойств выполняют самостоятельные функции. На конфигурацию литых деталей значительное влияние оказывают низкий модуль упругости, особенно магниевых сплавов, и их чувствительность к местньгм концентрациям напряжений. Чтобы избежать деформаций и трещин, вызванных этими свойствами, по возможности следует использовать двутавровые, швеллерные, зетовые, цилиндрические и другие поперечные сечения (рис. 2.1). Габаритные размеры литой детали, а следовательно, и площадь проекции ограничивают минимальную толщину ее стенки при данном усилии запирания машины литья под давлением.

На толщину стенки влияет жидкотекучесть сплава и технология, а г и',г,м оч,мла г в: -и 'й -гн -я г ыв гт г,п гд з,р.у ч,о чд а„„,н « ~/нч гав г,ы г,ы г,а г,г г,гч гав гха по аг гзч5д,ы,чн Рвс. 2.2. Зависимость плот- ностн в механических свойств алюмвнвеных литых Ветнлей от толщнны вх стеков Рнс. 3.3. Относптельное вемененв» прочностн лнтых деталей ва пввковых (г) в алюминиевых (ч) сплавов прв увелвчеввв толщввы нх стенок тогпцина стенки в свою очередь — на прочность и жесткость литой детали. В зависимости от толщины стенки изменяется плотность отливки и ее механические свойства.

С уменьшением толщины стенки литых деталей (рис. 2.2), отлитых под давлением из сплава АЛ4, плотность р и временное сопротивление внзрастают, а относительное удлинение уменьшается. Увеличение прочностных свойств объясняется возрастанием роли гидродииамического уплотнения в тонкостенных отливках. Оптимальное сочетание механических свойств (пн = 250 МПа, 5 = 2%) наблюдается при толщине стенки 2,5 — 3 мм. Прочность литых деталей из цинковых сплавов при увеличении толщины стенки снижается не так значительно, как литых деталей из алюминиевых сплавов. На рис. 2.3 приведена зависимость относительного изменения прочности литой детали (в процентах по отношению к прочности литой детали толщиной 1,5 мм) при увеличении толщины ее стенки (! 13).

При увеличении толщины стенки от 1,5 до 5 мм прочность алюминиевых деталей падает на 30%, а деталей из цинкового сплава— лишь на 20%. Конструкция литой детали и толщина ее стенки зависят от соотношения пределов прочности при сжатии и растяжении. По данным М. Шенберга, при сжатии для магниевых сплавов временное сопротивление разрыву в 1,5 — 2 раза превышает временное сопротивление разрыву при растяжении. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе конфигурации элементов детали, так как нетехнологичные конструкции подвергаются растягивающим напряжениям, а технологичные — сжимающим (рис.

2А). Современные машины литья под давлением, развивающие в момент кристаллизации отливки высокие давления за короткий промежуток времени, позволяют изготовлять тонкостенные отливки с толщиной стенки 0,8 — 1,5 мм. Этому способствует разработка новых способов заполнения медленным сплошным потоком 33 е последующей эффективной подпрессовкой через утолщенные питатели. Сочетание оптимальных тепловых усР ловий затвердевания с подпреееовкой дает возможность получать литьем под давлением толстостенные отливки из эвтектнческих сплавов в широким интервалом кристаллизации: заэвтектических силуминов (17 — 19% Я), термоупрочняемых сплавов системы Ар — я — са ю .бр и латуней. Эксперименты, проведенные А.

А. Гетьманом [22 1, позволили получить необходимые количественные данные для оценки эффективности технологического процесса изготовления литых деталей. Показателями эффективности являютсятехнологический коэффициент запаса прочности и коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений, влияние размеров детали и состояииеее поверхности. Полученные данные по конструированию элементов литых деталей являются исходными параметрами для системы автоматизированного проектирования конструкций литых деталей из различных сплавов.