Технологические основы литейного производства

УДК 621.74 
Б48 

Р е ц е н з е н т 
профессор В.А. Муравьев 

Бауман Б.В., Балашова Н.П. 

Б48 
Технологические основы литейного производства: Учеб. 

пособие. - М.: МИСиС, 2003. - 156 с. 

Рассматриваются технологические процессы изготовления отливок из 
сплавов черных и цветных металлов, из которых технолог-проектировщик 
выбирает оптимальные варианты и разрабатывает все элементы технологического процесса. Показана последовательность разработки процесса в соответствии с действующими стандартами. 

Описаны прибыли для отливок из сплавов черных и цветных металлов, 
различные по конфигурации и характеру работы, питающие системы и холодильники, приводятся методы их расчетов и конструктивные разработки. 

Рассмотрены различные типы литниковых систем для отливок из сплавов черных и цветных металлов. Приводятся классификация литниковых 
систем по гидравлическим показателям и местам подвода металла к рабочей 
полости литейной формы, а также методы расчетов литниковых систем и их 
конструктивные разработки. 

Предназначено для студентов специальности 1104 «Литейное производство отливок из черных и цветных металлов» для работы над лекционным 
курсом. Может также использоваться в семинарских и практических занятиях, в работе над курсовыми и дипломными проектами. 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов (Технологический 
университет) (МИСиС), 2003 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение 
5 

1. Проектирование технологического процесса изготовления 
отливок 
6 

Общие сведения 
6 

1.1. Определение технологичности отливки (детали) 
7 

1.2. Выбор способа изготовления отливки 
9 

1.3. Определение поверхности разъема модели и формы 
9 

1.4. Назначение припусков на механическую обработку отливок 
11 

1.4.1. Допуски размеров, формы, расположения 
и неровностей поверхностей отливок 
14 

1.4.2. Допуски массы отливок 
19 

1.4.3. Припуски на обработку отливок 
22 

1.5. Определение точности отливок 
36 

1.6. Выбор усадки отливки 
37 

1.7. Назначение формовочных уклонов и галтелей 
38 

1.8. Установление границ стержней и их знаков 
41 

1.9. Выбор и расчет прибылей, холодильников и литниковой 
системы 
48 

1.10. Конструирование усадочных ребер, стяжей, отъемных частей 
моделей и др 
50 

1.11. Определение классов точности и допусков размеров 
моделъных комплектов 
52 

Библиографический список 
54 

2. Прибыли, питающие системы и холодильники 
55 

Общие сведения 
55 

2.1. Методы расчета прибылей 
59 

2.1.1. Метод Р. Намюра 
59 

2.1.2. Метод И.В. Пржибыла 
68 

2.1.3. Метод Р. Намюра, Я.И. Шкленника 
69 

2.1.4. Расчеты прибылей для отливок из серого, 
высокопрочного и ковкого чугунов 
75 

2.2. Прибыльные, концевые зоны и перешейки отводных 
прибылей 
81 

2.3. Холодильники 
86 

2.3.1. Наружные холодильники 
87 

2.3.2. Внутренние холодильники 
88 

Библиографический список 
91 

3 

3. Литниковые системы 
92 

Общие сведения 
92 

3.1. Требования к литниковым системам 
96 

3.2. Классификация литниковых систем 
97 

3.3. Общая методика расчета литниковых систем 
102 

3.3.1. Расчет времени заполнения форм 
104 

3.3.2. Определение коэффициента расхода 
109 

3.3.3. Расчет площадей поперечных сечений элементов 
литниковой системы 
111 

3.4. Расчет литниковых систем для отливок из чугуна 
112 

3.5. Расчет литниковых систем для стальных отливок при запивке 
форм из стопорных ковшей 
117 

3.6. Расчет литниковых систем для отливок из сплавов на основе 
алюминия и магния 
120 

3.7. Расчет литниковых систем для отливок, изготавливаемых 
в безопочных песчано-глинистых формах с вертикальным 
разъемом 
123 

Библиографический список 
125 

Приложение 1. Классы размерной точности отливок 
126 

Приложение 2. Степень коробления элементов отливок 
131 

Приложение 3. Степени точности поверхностей отливок 
132 

Приложение 4. Шероховатость поверхностей отливок 
137 

Приложение 5. Классы точности массы отливок 
138 

Приложение 6. Ряды припусков на обработку отливок 
143 

Приложение 7. Точность обработки и припуски отливок 
144 

Приложение 8. Общие допуски элементов отливок 
145 

Приложение 9. Термины, применяемые в стандарте 
ГОСТ 26645-85, и их определения 
154 

4 

ВВЕДЕНИЕ 

Литейное производство располагает большим количеством 
различных технологических процессов изготовления отливок из черных и цветных металлов и сплавов для различных типов производства: массового, серийного и индивидуального. Одни процессы базируются на использовании разовых форм, другие - долговременных. 
Заполнение рабочей полости формы может происходить под действием гравитационных сил или принудительно, например при воздействии сил давления или сил центробежного характера. Каждый способ имеет свою область применения. При проектировании технологического процесса необходимо после соответствующего анализа 
обоснованно выбрать конкретный способ и провести соответствующие расчеты с тем, чтобы обеспечивались требуемое качество отливок, высокие технико-экономические показатели и минимальное негативное воздействие на окружающую среду'. 

Литниковые системы, прибыли и холодильники являются 
важными составными частями технологического процесса. Такие 
виды брака, как усадочные и газовые раковины, пористость, шлаковые включения, возникают в отливках из-за неправильно выбранных 
или расположенных литниковых систем, прибылей, холодильников. 
Обоснованно выбранные и рассчитанные литниковые и питающие 
системы снижают до минимума расход металла, обеспечивая высокий технологический выход годного литья, а также техникоэкономические и экологические показатели производства. 

' В оформлении работы участвовали студенты V курса А.Б. Полонников и 
В.В. Канищев. 

5 

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО 
ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК 

Общие сведения 

Отливки из черных и цветных металлов и сплавов изготавливаются по различным технологическим процессам в соответствии с 
предъявляемыми к ним требованиями по качеству металла, точности 
размеров, конфигурации, чистоте поверхности, отсутствию дефектов, экологическим и экономическим показателям. Технологические 
процессы классифицируются по типу применяемой литейной формы 
и силовому воздействию на заливаемый в форму металл. 

Применяются два типа литейных форм: разовая и долговременная. Первая служит для изготовления только одной отливки, вторая соответственно для нескольких десятков или сотен отливок. Технология, основанная на применении разовых форм, является самой 
распространенной и универсальной, используется во всех типах производства (массового, серийного и индивидуального) и по ней изготавливается до 80 % всех выпускаемых отливок. Литье по выплавляемым моделям и в оболочковых формах из термореактивных смесей, базирующееся на разовой форме, обеспечивает более высокую 
точность размеров и чистоту поверхности отливок, но является более 
дорогостоящим. 

Долговременные металлические формы, или кокили, эффективны в серийном и мелкосерийном производствах изготовления отливок из сплавов черных металлов (чугунов, сталей), а для отливок из 
сплавов цветных металлов основной является кокильная технология. 

В ряде случаев, когда невозможно получение отливок из-за 
плохой заполняемости формы (в первую очередь - для тонкостенных 
отливок сложной конфигурации) и ограничений температурного характера, применяются процессы с силовым воздействием на заливаемый в форму металл. Литье под давлением в различных конструктивных вариантах широко применяется в производстве отливок из сплавов цветных металлов. Центробежное литье позволяет получать отливки с повышенной плотностью металла без шлаковых включений. 

Проектирование технологического процесса проводится в 
определенной последовательности [1-3]: 

1) определение технологичности отливки (детали); 
2) выбор способа изготовления отливки; 

6 

3) определение поверхности разъема модели и формы; 
4) назначение припусков на механическую обработку отливки; 
5) определение точности отливки; 
6) назначение усадки отливки; 
7) назначение формовочных уклонов и галтелей; 
8) установление границ стержней и знаков; 
9) выбор и расчет прибылей, холодильников и литников 
системы; 

10) конструирование элементов отливки и литейной формы. 
усадочные ребра, стяжи, пробы для анализа, отъемные части и др.; 

11) определение классов точности и допусков размеров модельных комплектов. 

1.1. Определение технологичности отливки 
(детали) 

Технологичность отливки (детали) - 
это совокупность 
свойств, в первую очередь конструктивных, показывающих возможность, целесообразность изготовления отливки методами литья с последующей механической обработкой при минимальных затратах и 
минимальном негативном воздействии на окружающую среду. Отливка должна иметь простые геометрические формы, возможно 
большую равномерность толщины стенок с плавными переходами, 
соблюдением принципа направленного затвердевания и т.п. В процессе разработки технологии технолог-литейщик вносит те или иные 
конструктивные изменения и корректировки в чертеж отливки с целью повышения ее технологичности. 

Высокая технологичность отливок определяется совместной 
работой конструктора, технолога-литейщика и технолога-механика. 
На рис. 1.1 слева приведены нерекомендуемые, а справа рекомендуемые конструктивные схемы, обеспечивающие более высокую 
технологичность отливок: 

а) меньшие напряжения, засоры от формовочной смеси и устранение пригара во внутреннем углу отливки; 

б) меньшие усадочная пористость в месте сочленения стенок, 
пригар во внутреннем углу отливки и засоры металла; 

в) меньшие напряжения в местах сочленения стенок отливки 
и усадочная пористость; 

г) обеспечение устойчивого положения стержня в форме на 
двух знаках; 

7 

д) организация направленного затвердевания элементов отливки с целью устранения усадочных раковин и пор. 

/ / / / 

и 

9>У/У\ 

V777I 1ZZZZZZZZZZZL 

VZZTu 

Рис. 1.1. Конструктивные изменения {а-д)с 
целью повышения 

технологичности отливок: 

1-5- 
элементы отливки; 6 - технологический нануск; 7 - прибыль 

8 

1.2. Выбор способа изготовления отливки 

Литейное производство располагает большим количеством 
технологических процессов производства отливок широкой номенклатуры из различных сплавов. Каждая технология позволяет достичь 
наибольшей эффективности в определенной области. Важнейшими и 
наиболее перспективными являются следующие технологические 
процессы: 

- 
литье в песчано-глинистые сырые формы с высокой, 
средней и малой прочностью; 

- 
литье в формы из жидких самотвердеющих смесей; 

- 
литье в песчано-глинистые сухие и подсушенные формы; 

- 
литье в кокиль и в облицованный кокиль; 

- 
литье под давлением; 

- 
литье под низким и регулируемым давлением; 

- 
центробежное литье; 

- 
литье по выплавляемым и выжигаемым моделям; 

- 
литье по газифицированным моделям в песчаные формы; 

- 
литье в оболочковые формы из термореактивных смесей; 

- 
литье в формы, отверждаемые в контакте с холодной и 
горячей оснасткой; 

- 
литье в формы, отверждаемые вне контакта с оснасткой 
без тепловой сушки; 

- 
литье в вакуумно-пленочные песчаные формы. 

Для отливок из сплавов черных и цветных металлов различных размеров и конфигураций выбирают по таблицам Приложений 1, 3, 5 (см. 1.4. «Назначение припусков на механическую обработку отливок») подходящий вариант технологического процесса и 
соответствующие классы точности размеров и масс, а также показатели чистоты поверхности отливок (ГОСТ 26645-85). Если имеется 
несколько вариантов технологии, то выбирают оптимальный с наилучшими характеристиками по экологическим и экономическим показателям. 

1.3. Определение поверхности разъема модели 
и формы 

Разъем модели и формы показывают отрезком или ломаной 
штрихпунктирной линией, заканчивающейся знаком -х, над которой 
указывают буквенное обозначение разъема - МФ. Направление разъ
9 

ема показывают сплошной основной линией, ограниченной стрелками, перпендикулярными к линии разъема (рис. 1.2, а-в). При применении неразъемных моделей указывают только разъем формы Ф (рис. 1.2, в). При нескольких разъемах модели и формы каждый 
разъем показывают отдельно (рис. 1.2, г). Положение отливки в форме при заливке обозначают буквами В (верх) и П (низ). 

Если отливка формуется в горизонтальном положении, а заливается в вертикальном, то параллельно направлению заливки проводят сплошную основную линию, ограниченную стрелками с обозначением верха и низа (рис. 1.2, г). 

F 
4^azzl 

Рис. 1.2. Разъем модели, формы и положение отливки в форме 

Поверхность разъема должна обеспечивать свободное удаление модели без поломки формы при минимальном количестве 
стержней и отъемных частей, установка которых на модель и удаление из формы является ручной операцией, снижающей производительность формовочных работ. Отъемные части применяют в индивидуальном производстве. В массовом машинном производстве с 
этой целью используют добавочные стержни. 

Наиболее ответственные поверхности отливок лучше располагать внизу или вертикально, так как при заливке в форму металла 

10 

шлаковые и другие включения могут всплывать вверх. Сверху целесообразнее располагать менее ответственные поверхности. 

Для отливок из сплавов с большой объемной усадкой более 
массивные части располагают в верхней части формы, так как на них 
можно ставить верхние более эффективно работающие прибыли. 
Важным фактором при выборе поверхности разъема формы является 
правильное построение литниковой системы и места подвода питателей к отливке. 

1.4. Назначение припусков на механическую 
обработку отливок 

Припуск на обработку - толщина слоя металла, удаляемого с 
поверхности отливки при ее обработке с целью обеспечения заданных размеров, формы, расположения, волнистости и шероховатости 
поверхности детали. Припуск соответствует серединам полей допусков детали и отливки. Поминальный размер детали (отливки) - размер, указанный на чертеже, соответствующий середине поля допуска. Допуск отливки (детали) определяется разницей наибольшего и 
наименьшего допустимого размера отливки (детали). Общий допуск 
элемента отливки - комплексный допуск, включающий допуск размера от поверхности до базы и независимо назначенный допуск 
формы и расположения нормируемого участка поверхности. 

Па рис. 1.3, а показана взаимосвязь между номинальным размером необрабатываемой поверхности отливки (^о=^д), предельными ее размерами (LQA - наименьший и LQE - наибольший размеры) 
и допуском (Го). 

11 

0,57, 

L.A 

^ 
L,=Li 

^ 
и 

i_J 

^ ^ 

- ^ 

J,5T. 

> 

0,5/; 

ii. 

0.5 т; 

L,A 

L, 

0,257.^ 

z, 

^ ^ ^ 
)/; 

g 

-^
^ 

0,5/", 

12ST. 
si 
0,i'5/; 

1 
^ 
/ 

1 

« 
^^ 
» 

D.. 
0. 

/ 
/ 

D.J 

Ш 

-^-
* 

Ze 

0 

Рис. 1.3. Взаимосвязь между параметрами для необрабатываемых 
и обрабатываемых отливок, в том числе симметричных или тина тел 

вращения 

На рис. 1.3, 6 показана взаимосвязь между номинальным размером до обрабатываемой поверхности, предельными размерами отливки (LoA - наименьший и LQE - наибольший размеры), припуском 
(средним) на механическую обработку (Zo) и допуском отливки (Го). 

На рис. 1.3, в приведена взаимосвязь между теми же параметрами при обработке отливок, в том числе типа тел вращения или противоположных поверхностей симметричных отливок от общей базы. 

Неровность поверхности отливки - совокупность чередующихся выступов и впадин на поверхности отливки. Неровность поверхности подразделяется на шероховатость (микронеровности) и волнистость (мезонеровности). Шероховатость по
12 

верхности (ГОСТ 2789 и ГОСТ 25142) обозначается параметрами: R„ мкм - среднее арифметическое отклонение микропрофиля 
поверхности и R„ мкм - высота неровностей профиля. Базовой 
линией для определения шероховатости служит средняя линия 
микропрофиля поверхности (рис. 1.4.): 

R «Yj\hi\ln, 

i=i 

где п - число шагов в пределах базовой длины / = 0,1 - 2,5 мм. 

Рис. 1.4. Рельеф поверхности отливок (ГОСТ 2789) 

5 

где R, - высота неровностей по десяти точкам или среднее расстояние между пятью высшими и пятью низшими точками измеряемого профиля в пределах базовой длины /. 

Наибольшая высота неровностей обозначается R^. 
Основные обозначения шероховатости приведены ниже: 

- 
шероховатость поверхности после удаления с 
^ 
нее материала (точение, шлифование, полирова
' ^ ^ 
пне и т.п.): 

/ 
- шероховатость поверхности, образованной лить
Ai 
ем, ковкой, прессованием, волочением и т.п.; 

13