Успешное освоение технологического процесса получения литой детали во многом зависит от тщательно продуманной и хорошо выполненной в металле технологической оснастки. Первое, на что должен обратить внимание конструктор, приступая к проектированию литейной оснастки, — это технологичность детали, т. е. соответствие ее конструкции требованиям литейной технологии. Проектируя литую деталь, даже опытные конструкторы-машиностроители или приборостроители не всегда учитывают те многочисленные требования, которые предъявляет литейная практика и которые зачастую определяют конечный результат, т. е. получение качественной отливки. Дело в том, что каждый технологический процесс, будь то литье в песчаные формы, в кокиль или под низким давлением, имеют свои, присущие только им технологические особенности, известные в основном только практикам-литейщикам. Недооценка или игнорирование этих особенностей зачастую увеличивает срок технологического освоения, повышает стоимость отливок и снижает выход годного литья. Возьмем для примера вопрос с вентиляцией. При литье в песчаные формы специальные газоотводные устройства применяются редко, так как сама форма газопроницаема. При литье в кокиль уже приходится применять систему вентиляционных пробок, каналов и других устройств. При литье под низким давлением, где скорость сплава значительно выше, чем в первых двух случаях, вопрос рациональной вентиляции приобретает решающее значение и в основном определяет качество литья.
Второй пример: выступающие на внешней поверхности отливки кронштейны, ребра, площадки и другие конструктивные элементы при литье в песчаную форму не вызывают опасений, так как материал формы податлив и сокращение линейных размеров отливки при усадке сплава протекает беспрепятственно. При литье в кокиль уже необходимо применять формообразующие, отъемные металлические вставки, иначе в месте перехода выступающих элементов к телу отливки неизбежно будут усадочные трещины. При литье под низким давлением, особенно тонкостенных деталей, когда процесс кристаллизации протекает очень кратковременно, удалить своевременно металлические вставки невозможно, а для предупреждения трещин придется найти другие конструктивные решения. В отдельных случаях бывает целесообразно расчленить отливаемую деталь на несколько конструктивно простых элементов, отливаемых отдельно и собираемых при помощи сварки, клепки или винтового соединения. За последние годы в ведущих отраслях промышленности проектирование ответственных литых деталей осуществляется при тесном творческом контакте конструктора и технолога-литейщика. Такой контакт весьма плодотворен, так как в процессе конструирования детали имеется широкая возможность отступления от того или иного конструктивного решения в зависимости от требования литейной технологии. Инж. Л. Б. Мишиной разработаны основные условия конструктивной технологичности литых деталей; наиболее характерные из этих условий приводятся ниже.
1. Толщины стенок детали не должны резко отличаться между собой, так как при этом нарушаются условия равномерного охлаждения, и могут возникнуть внутренние напряжения, ведущие в дальнейшем к трещинам и короблению.
2. При назначении толщины стенок следует учитывать возможное смещение образующих их песчаных стержней, что может отразиться на размерной точности.
3. Расположение и конструктивное оформление выступающих частей, поднутрённых полостей, усиливающих ребер и других элементов детали должно предусматривать наименьшее количество формообразующих стержней и отъемных вставок в литейной форме.
4. При наличии в детали изолированных каналов и полостей необходимо выполнять технологические отверстия для опорных (знаковых) частей стержня, для извлечения проволочных каркасов и удаления газов из стержня.
5. Расположение массивных приливов на детали должно обеспечить возможность установки и обрезки питающих прибылей (выполняемых как на внешней, так и на внутренней поверхностях отливки).
6. Следует избегать по возможности массивных участков, питание которых жидким сплавом затруднено, так как в этих местах, затвердевающих в последнюю очередь, возможны трещины и усадочные рыхлоты.
7. Поверхности детали, перпендикулярные к плоскости разъема модели или стержневого ящика, должны иметь уклоны или конусы, облегчающие разъем технологической оснастки. При этом следует учитывать, что наличие уклона на не обрабатываемых элементах детали увеличивает ее вес.
8. Точность базовых поверхностей не должна зависеть от смещения стержней или других частей литейной формы; желательно, чтобы базы для разметки и других последующих операций были общими и определялись общими для них размерами.
Технологическая разработка, обычно предшествующая составлению чертежа отливки, имеет целью определить:
1) наиболее целесообразное расположение полости литейной формы1 относительно ее осей симметрии, зависимое в свою очередь:
а) от формы и расположения различных выступающих или углубленных участков на отливке;
б) от формы, расположения и размеров местных утолщений, требующих выполнения отводных прибылей и других технологических мероприятий;
в) от конструкции литниковой системы с наиболее рациональным подводом сплава к периметру основания полости формы;
2) наименьшее количество отъемных частей формы и направление их разъема; при этом очень часто возникает необходимость спрямления соответствующих выступов на отливке и выравнивания переходов сечений;
3) способы, предупреждающие образование трещин в том случае, если деталь отливается из широкоинтервального сплава,
4) способы соединения и центровки песчаных стержней, обеспечивающие наибольшую размерную точность;
5) величину линейной усадки сплава по высоте и диаметру (или ширине) отливки, зависимую от вида сплава, скорости кристаллизации его в форме, а также от степени свободы сокращения линейных размеров;
6) систему вентиляции, обеспечивающую беспрепятственное удаление газов, особенно в тех случаях, когда отливаемая деталь имеет горизонтально расположенные площадки;
7) систему подогрева или охлаждения отдельных участков формы в целях выравнивания скорости кристаллизации сплава в разновеликих сечениях;
8) возможность выполнения технологических ребер, соедини тельных перемычек и местного утолщения сечений отливки. При этом необходимо учитывать доступность механической обработки, если эти технологические придатки на отливке не допускаются;
9) возможность технологического маневра в том случае, если потребуется изменить литниковую систему, выполнить дополнительные прибыли, применить холодильники или улучшить систему вентиляции.
Правильное решение этих задач позволит конструктору, во-первых, правильно оформить чертеж литой детали и, во-вторых, послужит основой при конструктивной разработке технологической оснастки.
Технологическая разработка (или технологическая методика) обычно оформляется в виде эскизного чертежа собранной формы, на котором схематично показаны необходимые конструктивные решения и даны сведения по существу указанных выше вопросов.