EX_C (Графический редактор KOTEPRO)

Пример проектирования отливки

Рассмотрим последовательность выполнения задания на примере отливки типа “кронштейн”, исходные сведения для проектирования которой представлены на рис. 1.7. На чертеже двойной штриховкой выделены проекции зоны, которая должна быть свободной от металла. Ее назначение - обеспечить удобство соединения отливки в приборе с другими деталями. Назовем эту зону условно “

запрещенной”.

Рис.1.7. Исходные данные для проектирования отливки

Задание выполняется в шесть 6 последовательных этапов: 1) выбор марки литейного сплава; 2) завершение конструкции отливки; 3) выбор положения отливки в форме и плоскости разъема формы; 4) назначение уклонов, ребер жесткости, радиусов сопряжения, плавных изменений толщины стенки; 5) определение поверхностей, припусков и допусков на размеры для последующей обработки; 6) простановка всех необходимых размеров на чертеже отливки. Рассмотрим последовательно выполнение этих этапов.

Выберем марку стали, механические свойства которой должны удовлетворять заданным значениям параметров s_вр > 600 МПа и d < 11%. Из табл.1.1 выбираем сталь 4ОХЛ со следующими значениями параметров механических свойств после закалки и отпуска:

s_вр, МПа........................................... 650

s_0.2, МПа........................................... 400-500

d, %.................................................... 10-14

НВ, МПа............................................. 1800-2290

Для завершения конструкции отливки добавим недостающие размеры, учитывая габариты отливки, положение и размеры “запрещенной зоны”, приведенные на рис. 1.7. Соединим основание кронштейна толщиной 14 мм с держателем толщиной 18 мм наклонной стенкой, учитывая положение “запрещенной зоны”.

Конструкция отливки будет определяться принципом затвердевания расплава: с направленным или одновременным затвердеванием расплава. Рассмотрим два варианта проектирования конструкции отливки.

Вариант 1. Для проектирования отливки с использованием принципа направленного затвердевания назначим толщину наклонной стенки, равной 14 мм. При соединении основания с наклонной стенкой под углом 30° исключим избыток металла, который может привести к усадочной раковине. Для этого соединим стенку с основанием дугой окружности с радиусом 15 мм, близким по величине толщине наклонной стенки. В качестве центра выбираем середину дуги, скругляющей пересечение стенки с верхней гранью плиты. Этой дуги еще нет, поэтому положение ее центра определяем примерно и уточним в дальнейшем. Отливку расположим в форме держателем вверх, поскольку он наиболее массивный.

Форму для метода ВМ делают неразъемной, при этом саму модель сначала изготовляют в пресс-форме согласно рекомендациям, приводимым в разд. 1.2 для проектирования литейной формы.

Литейные уклоны при методе ВМ назначим 30' - минимально допустимые по табл.1.7. Отливка не имеет больших углублений, поэтому перемычек в отверстиях не предусматриваем. Наименьшую толщину стенки отливки для данного метода литья выберем 11 мм, чтобы ширина кронштейна равнялась ширине основания.

Ребра жесткости можно не назначать, вследствие отсутствия тонкостенных элементов. Конструкция отливки свободна от резких переходов между пересекающимися и сопрягаемыми стенками. Она характеризуется постепенным утолщением стенок от основания к держателю, к которому следует подвести питатель. Но большая толщина стенок может привести к образованию крупнозернистой структуры металла.

Точность и качество поверхности, обеспечиваемые методом ВМ стальной отливки, определим как наихудшие по табл. 1.2 и табл.1.3, а именно: IT12 и Rz 60 мкм. Таким образом, для стальной отливки можно выдержать все указанные на рис.1.7 размеры, за исключением отверстия 20Н8, а также шероховатости наружной поверхности держателя и поверхностей обеих отверстий.

Предусмотрим получение отверстий литьем с последующей механической обработкой. Предварительно проверим, что d_min = 3 мм для данного метода литья. По табл. 1.6 назначим припуски на механическую обработку для этих отверстий по следующим данным:

- для отверстия 20H10 - l = 14 мм,

- для отверстия 20Н8 - l = 18 мм.

В обоих случаях по табл.1.6 величина припуска должна составить 0.5..1.0 мм. Берем общий припуск в 2 мм на сторону, поэтому диаметры d = 18 мм.

Припуск на обработку наружной поверхности держателя толщиной 18 мм определим по табл.1.3 - табл.1.5. Сначала по табл.1.3 определим для метода литья ВМ и размера до 100 мм ряд припуска - 1-ый или 2-ой ряд. По табл.1.4 для номинальных размеров 17...25 мм и квалитета IT12 найдем допуск 0,8 мм, после чего по табл.1.5 для допусков 0,8...1,0 мм и 2-го ряда припусков выберем припуск 2,0 мм. Исходя из этой величины припуска, толщина держателя составит 20 мм, расстояние между верхними плоскостями держателя и основания - 52 мм, а высота кронштейна - 66 мм. Поскольку толщина держателя больше рекомендуемой максимальной толщины стенки для метода ВМ, то отливку следует расположить в форме держателем вверх и предусмотреть прибыль. На рис.1.8а приведены положение модели в пресс-форме и поверхность О-О разъема пресс-формы. Эта поверхность состоит из двух плоскостей, что не очень удобно. Направление заливки расплава помечено стрелкой, а буквами В и Н - обязательное положение верха и низа формы.

Рис.1.8. Положение модели в пресс-форме и направление заливки расплава:

а) для отливки, спроектированной по принципу направленного затвердевания, б) для отливки, спроектированной по принципу одновременного затвердевания

Радиусы сопряжений r для метода ВМ найдем по формуле (1.1), приняв коэффициент k = 5:

r1 = (14 +14)/5 = 5,6 мм; r2 = r3 = (14+18)/5 = 6,4 мм

Округлим полученные значения до ближайшего большего диаметра из приведенных значений стандартных фрез, откуда r1= r2 = r4 = r3 = r5 = 8 мм. Построив сопряжение, определим окончательно положение центра и радиус дуги окружности при пересечении стенки с основанием.

Подсчитаем наибольший размер основания, который задан на рис.1.7 в качестве свободного размера 80 мм. Возьмем расстояние от края основания до кромки отверстия равным 14 мм, тогда расчетное значение этого размера составит 23+15+9+5+16+(52-20)tg30°=86,5 мм, которое примем равным 85 мм.

Проставим все рассчитанные размеры с допусками на чертеже отливки, получаемой методом ВМ с выполнением принципа направленного затвердевания расплава, а также укажем поверхность разъема пресс-формы (рис. 1.9).

Рис.1.9. Конструкция отливки при ведении литья по принципу направленного затвердевания

Вариант 2. Для проектирования отливки с использованием принципа одновременного затвердевания толщину стенки желательно взять оптимальной для данного метода литья и преимущественно одинаковой по всей детали. По табл. 1.8 определим оптимальную толщину стенки для метода ВМ - 5 мм. Толщина держателя и основания в зоне отверстия больше 5 мм, поэтому делаем их сечение T-образной формы с толщиной стенки 5 мм и ребром жесткости (при сечении П-образной формы литейная форма будет сложнее).

Соединяем основание с держателем наклонной стенкой под углом 20°, учитывая положение "запрещенной" зоны. Держатель продолжим в направлении наклонной стенки до их пересечения. Для выполнения принципа одновременного затвердевания назначим толщину металла наклонной стенки также 5 мм, а для сохранения жесткости конструкции предусмотрим рёбра жёсткости толщиной 5 мм вплоть до высоты основания (14 мм).

Положение модели в пресс-форме при одновременном принципе затвердевания определяется только простотой плоскости разъема, поскольку тепловые узлы при охлаждении отливки практически отсутствуют (рис.1.8б).

Как в варианте 1 конструкции отливки, литейные уклоны возьмем минимально допустимые - 30'. Отливка не имеет больших углублений, поэтому перемычки в отверстиях не нужны.

Итак, разработанная конструкция свободна от резких переходов между пересекающимися и сопрягаемыми стенками.

Точность и качество поверхности аналогичны варианту 1 конструкции отливки: IT12 и Rz 60 мкм, поэтому диаметры двух отверстий будут теми же - 18 мм. А вот припуск на обработку верхней плоскости держателя будет несколько меньше, поскольку толщина стенки составляет 5 мм. По табл.1.4 для номинальных размеров 4...6 мм и квалитета IT12 найдем допуск, а затем по табл.1.5 для допусков 0,5...0,6 мм определим припуск в 1,2 мм для 1-го ряда и 1,6 мм - для 2-го. Возьмем припуск 1,5 мм и толщина держателя составит 6,5 мм, что допустимо, поскольку превышает толщину всех остальных стенок лишь на 30%. Другие два размера по высоте составят 51,5 мм и 65,5 мм.

Радиусы сопряжений r для метода ВМ определим по формуле (1.1), приняв коэффициент k = 5:

r = (5+5)/5 = 2 мм

Построив сопряжения, определяем окончательно положение центра и радиус дуги окружности при пересечении стенки с основанием. Подсчитаем расстояние l от центра отверстия в держателе до центра радиуса скругления в пересечении держателя с наклонной стенкой:

l = 80 - 5 - 9 - 15 - 9 - 50 x tg20° = 32.8 мм

Возьмем этот размер, равным 30 мм, и тогда максимальный размер основания составит 78 мм

Проставим все рассчитанные размеры с допусками на чертеже отливки, получаемой с выполнением принципа одновременного затвердевания расплава, а также укажем плоскость разъема пресс-формы при изготовлении модели (рис. 1.10).

Рис. 1.10. Конструкция отливки при ведении литья по принципу одновременного затвердевания.