Анализ трех ключевых моментов проектирования литейных песчаных стержней
2025-08-01
Песчаные стержни в основном используются для формирования внутренних отверстий и полостей отливки. Некоторые внешние части, которые препятствуют извлечению модели и затрудняют выемку песка, могут быть сформированы с помощью песчаных стержней.
Условия работы песчаных стержней являются относительно суровыми, поэтому к ним предъявляются следующие требования:
1.Достаточная прочность и жесткость;
2.Хорошая газопроницаемость;
3.Хорошая податливость;
4.Небольшое сопротивление усадке;
5.Хорошая разрушаемость, легкая выемка песка.
Проектирование песчаных стержней включает: определение количества песчаных стержней, формы и размеров каждого стержня; количество, форму и размеры знаковых частей; опорные элементы и армирование стержней; способ удаления газов; тип песчаной смеси для стержней и метод их изготовления.
Определение количества песчаных стержней
Количество песчаных стержней, необходимых для отливки, в основном зависит от конструкции отливки и технологического решения литья. Принцип определения количества песчаных стержней заключается в следующем: максимально сократить их количество для уменьшения затрат на оснастку для стержней и времени на их изготовление, снижения себестоимости отливки, одновременно следует учитывать удобство изготовления, установки и контроля стержней для обеспечения качества и точности отливки.
1.Когда отношение глубины к диаметру внутренней полости или отверстия (отношение высоты к диаметру или высоты к ширине) не очень велико, следует использовать собственные песчаные стержни. Отношение высоты к ширине собственного песчаного стержня не должно быть слишком большим, иначе он может легко повредиться при извлечении модели. Размеры собственных песчаных стержней определяются по таблицам.
2.Стержни и составные песчаные стержни. Цельные песчаные стержни позволяют легче обеспечить точность отливки, количество оснастки меньше, прочность и жесткость стержней лучше. Однако для стержней слишком больших размеров и сложной формы использование цельного стержня неудобно в эксплуатации, его следует разделить на два или несколько стержней для изготовления.
Принципы разделения песчаных стержней таковы:
①.Поверхность набивки песком должна быть просторной;
②.Опорная поверхность стержня предпочтительно должна быть плоской для удобства установки и сушки;
③.Поверхность разъема должна по возможности совпадать с плоскостью разъема формы.
④.Разделение должно обеспечивать удобство установки стержней, сборки формы и контроля для гарантии точности отливки.
⑤.Части, требующие высокой точности размеров, по возможности должны формироваться одним и тем же стержнем;
⑥.Стержни слишком больших размеров могут быть разделены на несколько меньших стержней для удобства изготовления и установки, а также для решения проблемы недостаточной грузоподъемности в цехе. Каждый меньший стержень должен обладать достаточной прочностью и жесткостью.
Знаковые части стержней
Знаковые части являются важным компонентом песчаных стержней. Функции знаковых частей заключаются в позиционировании, опоре и удалении газов. При условии обеспечения надежного позиционирования, прочной опоры и свободного удаления газов количество знаковых частей должно быть как можно меньшим.
1.Вертикальные знаковые части
Вертикальные знаковые части бывают трех форм: а) знаковые части выполнены как сверху, так и снизу, что обеспечивает точное позиционирование, надежную опору и свободное удаление газов. Эта форма является общеупотребительной. Особенно подходит для стержней, у которых высота превышает диаметр; b) выполнена только нижняя знаковая часть, верхняя знаковая часть не выполняется, что удобно при сборке формы. Подходит для стержней с большей площадью поперечного сечения и малой высотой; c) ни верхняя, ни нижняя знаковые части не выполняются, что позволяет уменьшить высоту опоки и облегчить регулировку положения стержня. Подходит для относительно устойчивых больших стержней. Когда отношение L к D ≥ 5, принимается увеличенная нижняя знаковая часть: D2 = (1,5–2,0) D.
Некоторые отливки позволяют выполнить только верхнюю знаковую часть, но не нижнюю. В этом случае можно принять следующие меры:
(1).Предварительная закладная знаковая часть.
Знаковая часть (сверху большая, снизу малая) рассматривается как часть модели, вместе с моделью используется для формовки, знаковая часть предварительно закладывается в песчаную форму. Этот метод подходит для небольших стержней малого веса.
(2).Подвесной стержень: проволокой или болтом стержень подвешивается к верхней опоке. Операция подвешивания стержня трудоемка и подходит только для единичного и мелкосерийного производства.
(3).Стержень с покрывной плитой: знаковая часть расширяется. Устанавливается в нижней опоке, удобна в эксплуатации, обеспечивает точность отливки, способствует организации поточного производства.
(4).Использование опорных элементов. Для крупных, сложной формы отливок со множеством стержней, которые нельзя подвесить, можно использовать только опорные элементы для поддержки.
2.Горизонтальные знаковые части
Горизонтальные стержни обычно имеют две знаковые части, позиционирование является надежным. Иногда имеется только одна знаковая часть (консольный стержень), позиционирование ненадежно; или хотя есть две знаковые части, но возможен наклон или поворот.
В этом случае можно принять:
(1).Объединенную знаковую часть (также называемую коромысловую знаковую часть). Небольшие фитинги для изогнутых труб часто используют объединенные стержни.
(2).Увеличенную или удлиненную знаковую часть, чтобы сместить центр тяжести стержня в опорную поверхность (т.е. в песчаную форму).
(3).Установку опорных элементов для увеличения точек и площади опоры стержня, обеспечения его устойчивости.
(4).Добавление технологических отверстий. Для обеспечения устойчивости стержня, удобства удаления газов и очистки, в подходящем месте можно добавить технологическое отверстие для установки знаковой части. После отливки его можно заглушить винтовой пробкой или заварить.
3.Механизмы позиционирования знаковых частей
После установки стержня, если требуется, чтобы стержень не перемещался вдоль оси знаковой части и не поворачивался вокруг оси знаковой части. Или чтобы при установке стержня избежать ошибок в ориентации, можно использовать позиционирующие знаковые части.
4.Определение размеров знаковых частей
Размеры поперечного сечения знаковой части обычно определяются размером отверстия в соответствующей части отливки. Для удобства установки стержня и сборки формы знаковая часть должна иметь определенный уклон, между знаковой частью и гнездом должен быть обеспечен определенный зазор. Зазор между знаковой частью и гнездом обычно достигается путем изготовления стержневой ящики по номинальному размеру, а модель увеличивается.
Размеры знаковой части включают высоту знаковой части, уклон, зазор. Уклон и зазор знаковой части предусмотрены для удобства установки стержня и сборки формы. Размеры знаковых частей обычно определяются по таблицам.
5.Проверочный расчет площади опоры знаковой части
Обычно размеры знаковых частей определяются по опытным данным и не проверяются расчетом. Однако для стержней с очень большим собственным весом или стержней, подвергающихся значительной подъемной силе жидкого металла, для обеспечения качества отливки размеры их знаковых частей требуют проверочного расчета.
Метод и этапы проверочного расчета:
1.Расчет веса стержня (собственного веса).
2.Расчет подъемной силы, действующей на стержень.
3.Расчет максимального давления на каждую знаковую часть.
4.Расчет требуемой площади опоры знаковой части.
5.Расчет размеров знаковой части на основе площади опоры.
Фактическая площадь опоры знаковой части должна превышать расчетное значение, иначе необходимо принять меры по повышению несущей способности. Например, повысить прочность гнезда (подложить металлические пластины или огнеупорный кирпич в гнездо и т.д.), установить опорные элементы, увеличить длину горизонтальной знаковой части, добавить технологические отверстия, увеличить знаковую часть и т.д. Во избежание разрушения гнезда знаковой частью, что приводит к смещению стержня и браку отливки.
Опорные элементы и армирование стержней
1.Опорные элементы (стержневые опоры)
Фиксация песчаных стержней в литейной форме в основном осуществляется с помощью знаковых частей. Когда невозможно установить знаковые части, или когда одних только знаковых частей недостаточно, приходится использовать опорные элементы, которые играют вспомогательную поддерживающую роль.
Требования и принципы использования опорных элементов:
(1).Поверхность опорных элементов предпочтительно должна быть оцинкована или покрыта свинцом для предотвращения ржавления, которое может препятствовать надежному свариванию с жидким металлом. Поверхность опорных элементов должна быть чистой и ровной. При использовании поверхность опорных элементов не должна иметь ржавчины, масла, влаги или загрязнений; одновременно после размещения опорных элементов в форме необходимо как можно скорее произвести заливку, особенно в сырых формах, чтобы избежать конденсации влаги на поверхности опорных элементов, что может привести к образованию газовых раковин или плохому сплавлению.
(2).Температура плавления материала опорных элементов должна быть выше температуры плавления материала отливки или, по крайней мере, одинаковой, чтобы предотвратить преждевременное расплавление и потерю опорной функции. (Для чугунных отливок используют опорные элементы из низкоуглеродистой стали или чугуна; для цветных отливок используют опорные элементы из того же сплава, что и отливка).
(3).Вес опорных элементов должен быть соответствующим, не слишком большим и не слишком маленьким. Слишком маленький легко плавится, слишком большой не может хорошо свариться с отливкой.
(4).Опорные элементы нельзя использовать на важных поверхностях, их следует устанавливать на необрабатываемых или неважных поверхностях.
(5).Опорные элементы в процессе затвердевания отливки должны хорошо свариваться с отливкой. Если сваривание плохое, это может вызвать течь, и отливка не выдержит испытания давлением. Для тонкостенных отливок с толщиной стенки менее 8 мм по возможности не использовать опорные элементы.
2.Армирование стержней (стержневой каркас)
Арматурный каркас песчаного стержня сокращенно называется армированием. Функция армирования заключается в повышении прочности и жесткости песчаного стержня. Оно гарантирует, что стержень не деформируется и не сломается в процессе сушки, транспортировки, установки и заливки. Особенно для больших стержней, стержней сложной формы и стержней с тонким сечением армирование особенно важно.
Армирование бывает линейным, поверхностным и объемным.
Требования к армированию:
(1).При обеспечении стержня достаточной прочностью и жесткостью армирование должно быть максимально простым и легким в изготовлении. Для маленьких стержней часто используют проволочное армирование (предварительно отожженное для устранения упругости), для средних и больших стержней обычно используют чугунное армирование.
(2).Армирование не должно препятствовать газопроницаемости стержня и затруднять усадку отливки, поэтому между армированием и поверхностью стержня необходимо оставлять соответствующее расстояние, слой песка должен быть достаточным.
(3).При выбивке армирование предпочтительно должно извлекаться целиком для повторного использования и снижения затрат.
(4).Некоторое армирование должно обеспечивать удобство подъема, перемещения, соединения и фиксации стержня, поэтому на нем следует выполнять такие конструкции, как монтажные петли.
