Организация и технологическая подготовка производства

    При выполнении сопряжения наружных стенок под прямым углом целесообразно  выполнять скругление радиусом R = (2,0 – 2,5)S со смещенным центром (рис. 2.2,в), т.е. радиус сопряжения остается неизменным для наружного и внутреннего углов, а центр радиуса смещается по биссектрисе угла. Для улучшения теплоотдачи, повышения жесткости и предупреждения усадочных трещин полезно делать небольшие внутренние ребра, как показано на рис. 2.2,г. Во всех случаях, когда позволяет конструкция, целесообразно применять максимальные радиусы переходов, допускаемые конфигурацией детали. Не допускается соединение стенок под острым углом, так как это создает большой массив материала, возникновение больших напряжений во внешней части угла и, как следствие, появление в ней трещин.

    На  рис. 2.2,д показаны рекомендуемые радиусы скруглений для Т-образных сочленений, а на рис. 2.2,е для соединения стенок с фланцами. Здесь S₀ = 0,5 (S₁ + S₂).

    На  рис. 2.2,ж-и показаны формы сопряжения стенок с бобышками, которые выполняются для создания элементов крепления различного рода. Величина бобышки определяется диаметром выполняемого отверстия d и его глубиной. Указанные величины радиусов сопряжения являются минимальными. Часто сопряжения выполняют радиусом R = (3 – 5)S. Найденные из приведенных соотношений значения радиусов в миллиметрах округляют до нормированных величин.

    R = 1, 2, 3, 5, 8, 10, 15, 20, 25 и т.д. 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рис. 2.2. Виды сопряжений стенок отливок 

    2.3.3. Фланцы и отверстия

    Толщина фланца зависит от толщины стенки, у которой он отливается. Фланец должен быть прочным, но излишняя его  толщина

 может  привести к короблению стенки  и плоскости сопряжения фланца  с другой плоскостью. При толщине стенки изделия S толщину фланцев, обрабатываемых с одной стороны, делают в среднем равной (1,5 – 1,8)S; обрабатываемых с двух сторон – (1,8 – 2,0)S. Обработка с двух сторон ослабляет фланец.

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2.3. Выполнение фланцев и отверстий  в них

√ –  обозначение обработки данной поверхности 

    На  рис. 2.3 приведены соотношения толщины фланцев в зависимости от их возможного исполнения. Для повышения прочности и жесткости фланцы соединяют со стенками ребрами жесткости (см. рис. 2.3,в) или придают фланцам коробчатые формы как показано на рис. 2.3,г).

    Часто во фланцах, да и в других элементах  литых деталей, необходимо выполнить  отверстия. Отверстия с малой величиной диаметра отлить затруднительно, так как специальные вставки, называемые стержни, коробятся при малой их толщине и большой длине. Для определения минимального диаметра отверстия d_min, мм, получаемого отливкой, можно пользоваться формулой

d_min = d₀ + 0,1h,     (2.1)

где d₀ – минимально допустимый диаметр отверстия для данного материала сплава, мм;   h – длина отверстия, мм.

    Для алюминиевых сплавов минимальный  допустимый диаметр d₀ составляет 5 мм, для чугуна – 7 мм; для сталей – 10 мм. Отверстия меньшего диаметра следует сверлить. 
 
 
 

    2.3.4. Отливка ребер

     Для увеличения жесткости, прочности и увеличения поверхности охлаждения применяют оребрение корпусов машин. Основными размерами ребра являются его толщина S_р у верхушки и высота h. Для ребер с высотой 20 – 80 мм существует норма уклонов. Основание ребер соединяют со стенкой галтелями радиусом R, который равен половине размера стенки S. При охлаждении ребро затвердевает ранее всего массива детали, что ведет к появлению в нем напряжений сжатия, а они благоприятны для повышения прочности ребра и всей детали в целом. Внутренние ребра выполняют как ребра жесткости, а не ребра охлаждения. Поэтому они имеют малую высоту. Для целей охлаждения используются наружные ребра, высота которых обычно составляет (3 – 6)S. Более высокие ребра плохо отливаются. Толщину наружных ребер при вершине делают равной (0,6 – 0,7)S. 

    2.3.5. Усадки

    Известно, что большинство металлов имеет  меньшую плотность в расплавленном  состоянии и большую в твердом. Есть и исключения из этого правила. Изделия из черного металла и  алюминия при остывании сжимаются, что вызывает изменение их размеров – усадку.

    Усадкой называют сокращение размеров отливки при остывании. Различают линейную и объемную усадку. Линейная усадка в процентах

     ,    (2.2)

    Где L – размер отливки при температуре затвердевания металла t_С (точка солидуса);  L₀ – размер отливки после остывания до цеховой температуры t₀;  a – среднее значение коэффициента линейного расширения в интервале температур (t_С – t₀), град^–1.

    Коэффициент линейного расширения, для каждого металла имеет характерную величину, например: 

    Усадку  металла учитывают корректировкой размеров формы детали, моделей. Форма отливки должна облегчать усадку. В дисковом подшипниковом щите электрической машины с массивным фланцем под посадку подшипника диск застывает раньше и тормозит усадку: В диске развиваются напряжения сжатия, во фланце – напряжения растяжения. Для уменьшения усадочных напряжений целесообразно щиту придать коническую, сферическую или овальную форму, а в местах перехода фланца к стенкам можно выполнить ребра жесткости, как это показано на рис. 2.5.

      
 
 
 
 
 
 

      а)         б)   в) 

    Рис. 2.5. Формы щита подшипникового 

    Сводчатые, арочные, выпуклые, скорлупные формы  уменьшают усадочные напряжения, улучшают условия охлаждения отливки  и увеличивают прочность деталей. Повышается жесткость конструкции, что особенно важно для отливок  из сплавов с низким модулем упругости, характерным для серых чугунов, и сплавов алюминия. 

    2.3.6. Особенности проектирования  отливок

    Из  всего выше сказанного вытекает, что  проектирование литых изделий имеет  свои особенности, которые необходимо учитывать для получения качественного  изделия. При проектировании отливок нужно придерживаться следующих правил:

    -  стенки отливок должны иметь  по возможности одинаковую и  равномерную толщину, величина которой определяется видом объекта и материала отливки;

    -  переходы между стенками отливки  должны быть плавными, сами стенки не должны иметь резких изломов, только плавные переходы. Сопряжение стенок под острыми углами нецелесообразно;

    -  нужно избегать скопления металла,  утолщений и массивов, образующих  горячие узлы. На участках, где  массивы неизбежны, следуют технологически обеспечить ускоренное охлаждение;

    -  участки соединения стенок с  массивами иногда целесообразно укреплять ребрами;

    -  ребра жесткости и охлаждающие  должны быть расположены ниже  обрабатываемой рядом с ними поверхности на 3 – 6 мм;

    -конфигурация детали должна обеспечивать простой разъем литейной формы, что позволяет применять в поточных линиях литейные машины, осуществлять автоматизацию и механизацию литейных работ;

    -  тепловые напряжения в деталях  следует устранять специальной  стабилизирующей термической обработкой. Например, чугунные отливки подвергают искусственному старению, выдерживая их 5 – 6 часов при температуре 500 – 550°С, с последующим медленным охлаждением в печи. Окончательную механическую обработку проводят после старения.

    Экструзия является особым методом получения деталей, который во многом сходен с литьем. Он хорошо реализуется при использовании легкоплавких материалов, в частности алюминия. Под экструзией понимают выдавливание из рабочего цилиндра нагретого до пластического состояния металла через отверстие матрицы. В отверстие матрицы вводят специальные профильные вставки, которые называются дорны. Дорны могут иметь сложную форму, что позволяет получить соответствующее изделие. Особенно хорош данный метод для получения длинных трубчатых конструкций.

    Метод экструзии позволяет получать станину  электрической машины требуемой длины вместе с ребрами охлаждения. Фактически станину отрезают от общей заготовки, что очень удобно при производстве электрических машин с одинаковым наружным диаметром сердечника статора, но разной длины. Это используется при производстве асинхронных двигателей небольшой мощности, станина которых выполняется из алюминия.

    Сходство  с процессами литья заключается  в требовании высокой температуры для осуществления процесса, усадке после остывания и возможном короблении изделия, необходимости дальнейшей механической обработки посадочных поверхностей.  
 

2.4. Литейные базы 

    Литейной  или черновой базой называют поверхность  или ось, относительно которой производят первую операцию механической обработки. Поверхностная черновая база представляет собой необрабатываемую поверхность достаточной протяженности, параллельную или перпендикулярную к поверхности, механически обрабатываемой при первой операции. Конфигурация черновой базы должна обеспечивать удобное и устойчивое крепление детали при механической обработке. Затяжка детали по базе не должна вызывать коробления заготовки. На рис. 2.6 показано расположение баз и обрабатываемых поверхностей щита подшипникового. 

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2.6. Виды черновых баз:

             –   черновая база (поверхностная база 1, осевая 2;

  –  база механической обработки (осевая база);

   – удаление металла при первой механической обработке;

           – последовательность операций при механической обработке детали 

    Для черновой базы нельзя использовать поверхность, подвергаемую механической обработке. Однако, при дальнейшей обработке  детали черновая поверхностная база может быть безвозвратно уничтожена механической обработкой относительно другой базы установки детали на станке. От базы механической обработки координируют все остальные механически обрабатываемые поверхности.

    В общем случае литейных баз должно быть три – по одной для каждой из осей пространственной системы координат. Осевыми базами являются оси отверстий. Поверхностная база, перпендикулярная базовой оси плоскость, определяет размеры детали вдоль базовой оси. Таким образом, основными являются поверхностные базы. Осевые базы могут быть только у тел вращения.

    Тела  вращения имеют только две базы: осевую, совпадающую с осью тела вращения, и высотную, определяющую размеры вдоль оси. При механической обработке заготовки фиксируют чаще всего по осям отверстий и по поверхностной базе. При наличии осевых баз у детали литейные базы и базы механической обработки совмещаются. Общей базой служит ось отверстия, выбранного в качестве базового.