Оптимизация допусков модели для точных металлических отливок

Допуски модели для получения отливки требуемых размеров и формы зависят от конструкции детали, формы, усадочных характеристик металла и др. Точное математическое предсказание сложно, наилучший результат даёт метод проб и ошибок для подгонки размеров модели.

1. Усадочный допуск

При охлаждении любой металл усаживается. Общая усадка отливки состоит из трёх составляющих: усадка жидкости от температуры заливки до замерзания, усадка при фазовом переходе, усадка твердой отливки от замерзания до окружающей температуры. Первые две учитывают в конструкции отливки, последнюю — увеличивают размеры модели.

Если использовать саму деталь как модель, отливка получится меньше. Для компенсации применяют усадочную линейку — линейку, удлиненную на величину усадки. Для чугуна усадочная линейка на 10 мм/м длиннее стандартной (средняя усадка чугуна).

Типичные усадочные допуски (мм/м): серый чугун 7–10,5, белый чугун 21, ковкий чугун 15, сталь 20, латунь 14, алюминий 18, алюминиевые сплавы 13–16, бронза 10,5–21, магний 18. На практике допуск варьируется в зависимости от конструкции отливки, толщины, металла, температуры заливки, сопротивления формы, сердечников, сложности, формовочного материала, способа формовки.

При изготовлении металлических моделей от оригинальных моделей нужно учитывать двойную усадку.

2. Допуск на уклон (шпонку)

При извлечении модели из формы риск срыва краёв снижается, если поверхности модели имеют лёгкий конус в направлении извлечения (рис. 3.15). Этот конус — уклон (шпонка) — даёт зазор для свободного снятия. Величина уклона зависит от формы и размера отливки (высота вертикальной стороны), способа формовки, сложности модели, ручной/машинной формовки. Машинная формовка требует минимальный уклон.

На внешних поверхностях уклон ~10–20 мм/м. В небольших внутренних отверстиях — ~30 мм/м. В влажнопесочной формовке внутренние поверхности обычно требуют больший уклон, чем внешние.

3. Допуск механической обработки

На чертеже детали поверхности для обработки отмечают значком чистовой обработки. Он означает, что в этом месте нужно оставить лишний металл для снятия на станке. Для мелких и средних отливок: 3 мм для черных металлов, 1,5 мм для цветных.

По возможности обрабатываемые поверхности литьют в низу формы. Если чистовая поверхность в верху — нужен доп. допуск. Допуск зависит от: способа обработки (точение, сверление, шлифовка), свойств металла (черные/цветные, мягкие/легкообрабатываемые), способа литья (центробежное — больше допуск внутри), размера и формы (верх собирает примеси, длинные детали склонны к вою), требуемой чистоты.

4. Допуск на искривление (камбер)

Применяется только к отливкам неправильной формы (U-образные, с большими плоскими площадками), которые деформируются при охлаждении из-за неравномерной усадки. Пример: U-образная отливка разводит ноги наружу вместо параллельных. Компенсация: модель делают с сходящимися ногами, при охлаждении они распрямляются. Допуск определяется по опыту и суждению моделиста, знающего усадочность металла.

5. Допуск на раскачивание (встряску)

При извлечении модели её слегка раскачивают, немного расширяя полость формы. Для средних отливок это пренебрежимо. Для крупных или требующих сборки без обработки — модель делают чуть меньше с учётом этого допуска.