Technique of definition the complexity of castings by design and technological parameters of a cast part

Full Text

При производстве отливок часто возникают задачи, связанные со сложностью их изготовления [1, 2]. Они носят как технический, так и экономический характер. Как правило, в условиях производства эти задачи решаются на основе практического опыта, основанного на субъективном характере при их оценке. Известно, что в советское время существовал прейскурант цен №25-01, в котором был представлен классификатор оценки шести групп сложности отливок, и в каждой группе были представлены примеры таких отливок. К сожалению, оценка сложности была привязана к способам литья, при этом критерии по оценке сложности отливок носили субъективный характер. В начале 90-х годов были начаты работы по разработке классификатора сложности отливок, активное участие в ней принимали Трухов А.П., Мешков В.П. и авторы статьи. К сожалению, из-за появления договорных цен и снижения заинтересованности предприятий к этому вопросу работы в этом направлении были временно свернуты. В предлагаемой статье авторы, опираясь на принципы, заложенные в начале этих работ, предлагают методику по определению сложности отливок независимо от способа их изготовления по конструктивно-технологическим параметрам литой детали. Были выделены три группы оценочных параметров, влияющих на сложность изготовления отливок: 1) группа сложности по тонкостенности (Ст); 2) группа по конфигурационной сложности (Ск) ; 3) группа сложности по эксплуатационным требованиям (Сэ). Для каждой из групп были разработаны оценочные критерии их определения. Суммарное количество баллов по трем группам сложности предлагается рассчитывать по формуле: . Для окончательного определения группы сложности отливки разработана таблица 1. Таблица 1 Определение группы сложности литых деталей Суммарное количество баллов сложности С∑ ≤4 Св. 4 до6 Св. до 8 Св. 8 до 10 Св.10 до12 Св. 12 Группа сложности литых деталей 1 2 3 4 5 6 Подробнее остановимся на оценочных параметрах для каждой из отмеченных групп. Группа сложности по тонкостенности Известно, что стенка является важным элементом, формирующим требуемую конфигурацию и обеспечивающим необходимую прочность конструкции литой детали, кроме того, на сложность ее изготовления оказывает технологический параметр жидкотекучесть сплава. Толщина стенки отливок связана с массой зависимостью, которую предложил Баландин Г.Ф.: , (1) где: А, b – коэффициенты, зависящие от многих параметров, в частности от сплава (А = 3,5…10,0; b = 0,15…0,25). Заметно, что значительные интервалы коэффициентов в формуле (1) не позволяют использовать ее при расчете толщины стенки, кроме того, толщина стенок в отливке всегда имеет разные значения. В связи с эти были разработаны: таблица 2 по оценке тонкостенности литой детали, входными параметрами которой являются масса литой детали и средневзвешенная толщина стенки литой детали, и таблица 3 по определению группы тонкостенности, входными параметрами которой являются сплав и тонкостенность литой детали. Таблица 2 Тонкостенность отливки (фрагмент) Масса отливки, кг Тонкостенность литой детали для средневзвешенной ее толщины 14 15 16 17 18 Св. 6.3…12 8.0 9.0 10 11 12 Св. 12…25 9.0 10 11 12 14 Св. 25…50 10 11 12 14 16 Св. 50…100 11 12 14 16 18 Таблица 3 Группа тонкостенности (фрагмент) Класс тонкостенности 14 15 16 17 18 сплавы Сч15, Сч18, Сч20, Сч21 15 14 13 12 11 Сч25, Сч30, Сч35, ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50 16 15 14 13 12 ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100 17 16 15 14 13 Нелегированные стали 18 17 16 15 14 При определении средневзвешенной толщины стенки литой детали предлагается два варианта, которые дают схожие результаты, но проще пользоваться формулой (3): · первый – разбивка на элементы литой детали с определением толщины стенки элемента и массы ( в пределах массы литой детали) с определением δср по формуле (2): δср = (∑Мi×δо)/Мо; (2) · второй – выбор трех наиболее характерных стенок литой детали с определением их толщин и протяженности с определением δср по формуле: δср = (∑Li×δо)/∑Liо. (3) Конфигурационная сложность литого изделия (Ск) В эту группу входит комплекс параметров, которые влияют на сложность литого изделия. К ним были отнесены: Сн – условный балл сложности по признаку «количество полостей» в литой детали; Сп – условный балл сложности по признаку « протяженность полостей»; Сз – условный балл сложности по признаку « степень закрытости полостей»; Ср – условный балл сложности по признаку «рельеф поверхности». Конфигурационная сложность литого изделия определяется по формуле (4): . (4) Параметр «количество полостей» оказывает наибольшее влияние на общий балл сложности, поскольку непосредственно требует дополнительных материальных физических и временных затрат, независимо от квалификации персонала и имеющегося оборудования. Параметры «протяженность полостей», «степень закрытости полостей» оказывают влияние на характер отвода теплового (тепловые узлы в отливке) и газового (сужающийся газовый поток) потоков от отливки, условия выбивки, зачистки и очистки литых изделий. Параметр «рельеф поверхности» отражает общие геометрические и технологические особенности поверхности изделия. Кроме ранее рассмотренных полостей, наличие ребер, выступов, углублений (поднутрений), отверстий в литом изделии, требующих дополнительных материальных и физических затрат (материалы, стоимость оснастки и т.п.). Условные соотношения, при которых полости, углубления или отверстия отличаются между собой, приняты на основе анализа технических данных и собственных исследований и определяются по следующим соотношениям высот H и диаметра D рассматриваемых полостей. Если соотношение H/D < 0,25, то принято их относить к углублениям, если это отношение 0,25 < H/D ≤ 2,5, то принято их относить к полостям, и, наконец, если соотношение H/D > 2,5, то принято их относить к отверстиям (рисунок 1). Рисунок 1 – Условные соотношения, при которых полости, углубления или отверстия отличаются между собой: H – высота полости, D – диаметр полости, h – высота углубления, d – диаметр углубления Если полости разделены отверстием или углублением, необходимо определить независимость полостей. Для этого следует оценить площади сечения полости и углубления или отверстия, если частное от деления больше 2, то данные полости следует считать самостоятельными (независимыми). Балл сложности по параметру «количество полостей» определяют по таблице 4. Сложность полостей характеризуется «протяженностью полостей» и «степенью закрытости полостей». Таблица 4 Количество полостей Общее количество полостей в литой детали, шт. Балл сложности Сп 0 1 1-2 2 3-4 3 5-6 4 7-8 5 Св.8 6 Условный коэффициент сложности «по протяженности полости» предлагается оценивать по формуле (5): Li = Hmax/Bmin, (5) где: Li – эквивалент сложности полости; Hmax – максимальный размер полости; Bmin – минимальный поперечный размер полости. Для отливок типа «шкив» за максимальный размер полости треугольного сечения принимается длина окружности со средним диаметром Dср, т.е. Нmax = π Dср с минимальным размером Вmin = bср принимается средний размер полости, если он меньше глубины полости h, рисунок 2. Рисунок 2 – Оценка протяженности полости для отливки типа «шкив»: b, bср, h – соответственно глубина и ширина полости, Dср – средний диаметр, принимаемый в расчете длины окружности, при оценке протяженности полости Если количество полостей больше 1, то для них определяется средневзвешенное значение показателя протяженности всех рассматриваемых полостей по формуле: Сп = ∑Li×ni/N, (6) где: n – количество одинаковых полостей с условным баллом протяженности Li (таблица 5), N – общее количество полостей. Таблица 5 Условный коэф. сложности по протяженности Li = Hmax/Bmin Балл сложности Сп св1 1 св 1-до1,3 2 св 1.3- до 1,5 3 св 1,5- до 2 4 св 2- до 4 5 св 4- до 6 6 св 6- до 9 7 св 9- до 12 8 св 12- до 15 9 св 15- до 18 10 св 18- до 21 11 Св21 12 Условный коэффициент по «степени закрытости полости» предлагается оценивать по формуле (таблица 6): Сзi = Sзн/Sк , (7) где: Sзн – суммарная площадь знаковых частей (выходных отверстий полости отливки), Sк – площадь поверхности полости, контактируемой с металлом. Таблица 6 Сложность литой детали по критерию рельеф поверхности Коэффициент закрытости полости Сзi = Sзн/Sк Балл сложности Сзi ≥1 1 1-0.9 2 0.9-0.8 3 0.8-0.7 4 0.7-0.6 5 0.6-0.5 6 0.5-0.4 7 0.4-0.3 8 0.3-0.2 9 0.2-0.1 10 0.1-0.05 11 Менее 0.05 12 Сложность литой детали по критерию «рельеф поверхности» предлагается оценивать путем суммирования отдельных компонентов (ребер, выступов, поднутрений и литых отверстий) рельефа поверхности литой детали. Балл сложности определяется по таблицы 7. Таблица 7 Сложность литой детали по критерию рельеф поверхности Сумма выступов, поднутрений и литых отверстий, шт. Балл сложности Ср 0-2 1 3 2 4 3 5 4 6 5 7 - 8 6 9 - 10 7 11 - 12 8 13 -14 9 15 -16 10 17 -18 11 Свыше 18 12 Примечание: Для равномерно чередующихся впадин и выступов элементов (зубчатое колесо, тормозной диск вентилируемый, двигатель с воздушным охлаждением и др.) в суммарное количество входит либо сумма впадин, либо сумма выступов. Сложность литого изделия по эксплуатационным требованиям Сложность изготовления по этому признаку учитывает требования к качеству поверхности, геометрической и размерной точности отливки, структуре и плотности металла, герметичности и механической обработке литого изделия. Таблица 8 Оценка сложности по минимальному значению шероховатости поверхности литой детали Среднеарифметическое отклонение профиля Ra, мкм по ГОСТ Р53464-2009 2-4 5-8 10-20 25-50 63-100 Rz,= 500 …1000 Условный балл сложности 6 5 4 3 2 1 Таблица 9 Оценка сложности по классу размерной точности литой детали Класс размерной точности по ГОСТ Р53464-2009 ≤КР3 КР4 КР5т КР5 КР7т КР7 КР10 КР10 КР13т ≥КР13… Условный балл сложности 6 5 4 3 2 1 Таблица 10 Оценка сложности литого изделия по требованиям к герметичности Необходимость и вид испытаний на герметичность нет керосин Вода ≤0,4МПа Вода ≥0,4МПа Условный балл сложности 1 4 5 6 Балл сложности в зависимости от объема механической обработки определяют по отношению площади механической обработки к общей площади поверхности, таблицы 11 Таблица 11 Оценка сложности литой детали по объему механической обработки Sобр/Sобщ*100% до10 св10 до20 Св20 До35 Св35 До50 Св50 до75 Св75 До100 Условный балл сложности 1 2 3 4 5 6 Общий балл сложности по эксплуатационным требованиям определяется по формуле: Сэ = ∑Сiэ/4. (8) Расчет, проведенный по предложенной методике для литых автомобильных деталей, показал хорошую сходимость с применяемой на практике оценкой сложности этих отливок в производстве (таблица 12). Предполагается провести оценку предлагаемой методики на более широкой номенклатуре литых деталей. Таблица 12 Чашка дифференциала ЗИЛ 130 Блок цилиндров V-образ. 8-цицилиндр. Ал-сплав Группа сложности Группа сложности практика методика практика методика 4 5 6 6 Продолжение таблицы 12 Гильза цилиндров ЗИЛ 130 Шкив коленчатого вала ЗИЛ 130 Барабан тормозной ЗИЛ130 Группа сложности Группа сложности Группа сложности практика методика практика методика практика методика 4 4 3 3 3 3 Выводы Проверка методики по оценке сложности известных автомобильных отливок показал хорошее совпадение расчетных результатов. Предполагается проверить методику по оценке сложности отливок на более широкой номенклатуре машиностроительных отливок

About the authors

A. A. Volkomovich

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Y. A. Sorokin Sorokin

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Ph. D.

References

Supplementary files