Требования размерной точности и чистоты внешних и внутренних поверхностей у отливаемых деталей все более повышаются. Особое значение эти требования приобретают при литье тонкостенных деталей с небольшим объемом механической обработки, которая в основном сводится к расточке и фрезерованию фланцевых и опорных поверхностей. Достаточно высокая точность отливок, получаемых литьем под низким давлением, занимающая среднее положение между литьем под высоким давлением и литьем в кокиль, может быть обеспечена при условии выполнения ряда специальных мероприятий, описание которых дано в настоящей книге.
Внутренние поверхности отливок оформляются сырыми или оболочковыми стержнями, имеющими более высокую размерную точность, чем сухие стержни, размеры которых способны изменяться в значительных пределах. Наиболее высокая точность и чистота поверхности могут быть достигнуты с применением металлических составных стержней, удаляемых из отливки немедленно после ее затвердевания. Но отливки, получаемые литьем под низким давлением, отличаются конструктивной сложностью. Они имеют поднутренные фланцы, массивные бобышки, внутренние ребра, кронштейны и другие элементы, ограничивающие применение металлических стержней. Помимо этого, быстрая кристаллизация тонкостенных отливок предопределяет столь же быстрое удаление из отливки металлического стержня, что не всегда возможно, особенно если стержень состоит из нескольких частей, Излишняя задержка металлического стержня в затвердевшей отливке вызывает затрудненную усадку, естественным результатом которой являются горячие трещины и размерные отклонения.
Вместе с тем следует всемерно стремиться к тому, чтобы уменьшить количество песчаных стержней, для чего совместно с конструктором необходимо работать над повышением технологичности литой детали.
Если принять общий допуск на получение литой тонкостенной детали за 100%, то можно на основе пооперационных замеров, проведенных на серии отливок, стержней и оснастки установить части этого допуска, приходящиеся на то или другое звено технологического процесса.
Ниже приводятся процентные соотношения, составляющие 100% допуска, полученные, правда, с большим приближением для литья под низким давлением с применением внутренних сырых стержней.
1. Допуск на изготовление металлической оснастки 12%.
2. Допуск на изготовление песчаных стержней 25%.
3. Допуск на последующую деформацию стержней 19%.
4. Допуск на сборку литейной формы 15%.
5. Допуск на погрешность в тепловом расширении 5%.
6. Допуск на погрешность при определении величины линейной усадки 7%.
7. Допуск на деформации при очистке и термообработке 10%.
8. Допуск на отклонения при механической обработке 7% .
Как видно, наибольшая величина имеющихся отклонений от номинального размера приходится на песчаные стержни. Действительно, изготовить сырой стержень из формовочной смеси так, чтобы он соответствовал чертежу, очень трудно. Составной с несколькими разъемами стержневой ящик, имеющий отъемные части, даже при условии самого тщательного изготовления, в процессе эксплуатации быстро теряет размерную точность, особенно в местах сопряжения отдельных частей. Безусловным и трудно поддающимся устранению источником нарушения размеров стержня является неизбежное обстукивание стержневого ящика перед его разъемом.
Было проведено наблюдение за изготовлением стержней двумя рабочими: женщиной и мужчиной. У женщины в результате обстукивания стержень имел минусовое отклонение по диаметру стержня на 0,6 мм, а у мужчины оно было в пределах 1 — 1,5 мм. Следовательно, при номинальной толщине стенки в отливке, равной 2 мм, в первом случае она была равна 2,3 мм, а во втором случае 2,75 мм, и это только по вине рабочего. Сырой песчаный стержень склонен к изменению своих размеров даже при кратковременном (2—3 часа) хранении перед установкой в форму Цилиндрический стержень диаметром около 250 мм и высотой 600 мм давал осадку по диаметру в нижней части до 1,5 мм, что способствовало неравномерности толщины стенки в отливке. Наблюдения показали также, что песчаные стержни, сушка которых производится даже с применением драйеров, имеют размерные отклонения в отдельных случаях столь большие, что при сборке их прибегали к ручной подгонке. Причина этого кроется в нестабильном режиме сушки, а также в разной плотности набивки стержневых ящиков. Сушку стержней для тонкостенного литья следует производить в режимных сушилах с интенсивной вентиляцией, обеспечивающей замену насыщенного паром воздуха на свежий (ненасыщенный).
Необходимо тепловой режим подбирать таким образом, чтобы влага, находящаяся внутри стержня, успела проникнуть в наружный слой с той же скоростью, с какой уходит она из наружного слоя. В противном случае происходит растрескивание наружного слоя стержня, а внутренняя его часть, как правило, остается сырой.
Разительные результаты по повышению размерной точности были получены с заменой сырых стержней на оболочковые. Если при сырых стержнях отклонения размеров были в пределах ±0,5 мм при номинальном размере 250 мм, то при оболочковых стержнях величина отклонения не превышала ±0,2 мм. Отливки, полученные с применением оболочковых стержней по своей точности приближались к отливкам, полученным способом литья под высоким давлением. Вообще следует сказать, что размерные отклонения, не имеющие существенного значения при литье деталей с толстыми стенками (свыше 6 мм), при тонкостенном литье требуют к себе большего внимания, а отсюда и более высокой культуры производства.