Основными показателями качества являются: состав сплава, масса отливки, точность и сложность процесса изготовления.
Содержание элементов в сплаве определяется через химический анализ, а для чугунов необходимо также измерять механические характеристики. К примеру, в обозначение серого и высокопрочного чугуна (например, СЧ20) включают данные о значении временного сопротивления (ов), которое быть выше 20 кгс/мм², а обозначение ковкого чугуна (например, КЧ30-6) включает значения ов больше 30 кгс/мм² и относительного удлинения после образца разорвавшегося под нагрузкой (b5) больше 6%.
Информация о составе сплавов, а также данные о их механических характеристиках и методах испытаний приведены в соответствующих стандартах и изучаются в специальных курсах: «Чугунное литье», «Стальное литье», «Литье сплавов цветных металлов».
Одним из основных показателей качества является размерная точность, которая касается как литых заготовок, так и изготавливаемых из них деталей. Размерная точность определяется тем, насколько близки действительные размеры отливки к номинальным значениям, указанным на чертеже. К показателям размерной точности относятся: класс точности размеров и массы отливки, допуски размеров отливки, допуски по толщине и необработанным местам стенок и кромок и т. д.
Понятием допуска обозначается разница между наибольшим и наименьшим предельными размерами, между которыми находится действительное значение размера отливки, измеренное с определенной точностью.
Определённое отклонение является разницей между фактическим и соответствующим номинальным размером. Когда фактический размер больше номинального, то отклонение положительно, в противном случае — отрицательно. Предельное отклонение — это алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами. Оно может быть верхним или нижним. Пространство между верхним и нижним предельным отклонениями образует поле допуска.
Рисунок 1.5 демонстрирует разрешённую связь между номинальным размером до обработки (символ LD), номинальным размером до ЛО (Lo), предельными размерами наименьшего ToA и наибольшего ToB (ToA и ToB соответствуют наименьшему и наибольшему измерению отливки соответственно) и предельным размером отливки (To).
Соотношение между измеряемым размером по поверхности LD, измеряемым размером Lo, максимальными размерами LoA и LoB отливки, перепадом размера на механическую обработку Z на одной стороне и допустимым размером отливки To при каждой обработке поверхности отливки от ее базы показано на рисунке 1.6.
На рисунке 1.7 показана связь между указанными параметрами при обработке отливок типа тел вращения или противоположных поверхностей симметричных отливок от общей базы.
Величина допусков размеров отливок зависит от методов, которые будут использоваться при последующей обработке, и тесно связана с набором требований, предъявляемых к готовому изделию. ГОСТ P 53646-2009 регулирует допуски размеров и массы отливок в интервале номинальных размеров от 4 до 10000 мм. ГОСТ установляет 16 классов точности (от 1-го до 16-го) и шесть промежуточных классов с индексом т (3т, 5т, 7т, 9т, 11т и 13т). Для механически обработанных деталей установлено 19 качеств точности, обозначаемых буквами IT с индексом 01, 0, 1, 2, и т. д. до 17 (например, IT11).
Точность представленных изделий растет с уменьшением класса или уровня качества. Конкретный допуск для каждого класса размерной точности отливок определяется в соответствии с ГОСТом P 53646-2009 исходя из номинальных размеров (см. таблицу 1.1).
Под термином номинальный размер понимают размер, который является номинальным расстоянием между обработанной поверхностью и базой ее механической обработки. При обработке поверхностей вращения, номинальным размером является их диаметр. Для наклонных конических и фасонных поверхностей с заданными координатами одной базы, номинальным размером считается наибольший из размеров.
Стандартизировано симметричное и несимметричное предельное отклонение размеров:
• Несимметричное одностороннее расположение поля допуска применяется для размеров элементов отливок (кроме толщины стенок), которые находятся в одной части формы и не подвергаются механической обработке. При этом поле допуска для проверяющих элементов (например, отверстий) располагается «в плюс», а для охватываемых элементов (таких как валы) — «в минус».
• Для размеров всех других элементов отливок (которые не подвергаются или подвергаются механической обработке) используется симметричное расположение поля допуска.
Массовые допуски устанавливаются в соответствии с теми же классами точности, что и номинальные значения массы отливки, определяемые по номинальным размерам.
Класс точности отливки определяется на основе указанных на чертеже предельных отклонений размеров. Эти отклонения могут быть указаны прямо после номинальных размеров (например, 20+0,18) или в технических условиях с указанием номера квалификации (например, +(IТ14)/2, где IT14 является обозначением точности 14-го класса).
Если нет информации о предельных отклонениях по некоторым размерам на чертеже и нет соответствующих указаний в технических условиях, то можно предположить, что размеры соответствуют квалитетам IT12-IT16. Таблица 1.2 содержит значения допусков размеров механически обрабатываемых деталей для квалитетов от IT5 до IT15.
<Резидуализация>
Информацию о номере качества на основе предельного отклонения можно найти в таблице 1.2. Для примера, если предельное отклонение для размера детали составляет 0,18, то соответствующим номером качества будет IT12. Класс точности литой заготовки связан с качеством детали, и эта связь описана в таблице 1.3.
Чтобы определить класс точности отливки, необходимо найти номера качества для всех размеров детали. Класс точности отливки определяется на основе наименьшего номера качества для всех размеров детали, как указано в таблице 1.3. Например, если наименьшим номером качества для размеров детали IT12 является размер 20+0,18, то используя таблицу 1.3 мы определяем класс точности отливки как 9т.
Согласно классификации точности, табл. 1.1 содержит информацию о допусках размеров отливок. Например, при размере 20 и точности 9т, допуск составляет 1,2 мм. Класс точности отливки определяется сложностью процесса ее изготовления и выбором метода литья. Каждый метод литья характеризуется определенными факторами, определяющими размерную точность отливок. Влияние на точность получаемых отливок при литье в песчаные формы имеют основные факторы, такие как точность изготовления моделей и оснастки, а также используемые материалы для формовки.
Размеры элементов отливки, оформленных двумя полуформами, определяются с учетом класса точности отливки. Если элементы оформляются одной частью формы или одним стержнем, размеры им принимаются с точностью на 1-2 класса выше. Для элементов, образованных тремя или более частями формы, а также для толщины стенок, ребер и фланцев, допуски устанавливаются на 1-2 класса ниже. Размеры от предварительно обработанной поверхности до литой поверхности должны быть с точностью на 2 класса выше.
Во время производства полуформы могут смещаться относительно друг друга, что приводит к смещению элементов отливки, вылитых в разных полуформах. Предельные отклонения смещений элементов от номинального положения по плоскости разъема формы приведены в табл. 1.4 по ГОСТ P 53464-2009.
При принятии решения о способе производства изделия можно обратиться к представленным в таблице 1.5. данным о методах литья.
Точность отливки и допуски на размеры классифицируются в соответствии с сложностью объекта. У отливок из алюминиевых и магниевых сплавов имеется шестая разновидность сложности, где каждая группа характеризуется семью параметрами, описанными в таблице 1.6.
Ориентируясь на таблицу 1.6, отливки чугуна и стали разделяются на группы сложности, основываясь на не менее чем четырех параметрах. Группы сложности обозначаются номерами 1 до 5 и изображаются на рисунках 1.8-1.12.
В первую группу относятся отливки с простой формой, такие как плоские, круглые или полусферические. Эти отливки должны иметь гладкие внешние и внутренние поверхности. На внешних поверхностях могут быть небольшие выступы, ребра, бобышки и впадины. Отливки выполняются без стержней или с использованием простых стержней.
Вторая группа относится к отливкам в виде соединения простых тел. Внешние поверхности этих отливок могут быть плоскими или криволинейными с наличием ребер, буртов, бобышек, кронштейнов, фланцев с отверстиями и углублениями простой формы. Отдельные части отливок выполняются при помощи стержней. Внутренние полости данных отливок имеют простую конфигурацию.
Отливки относятся к 3-й группе, если имеют форму открытой коробчатой, полусферической, цилиндрической или другой формы. Их наружные поверхности могут быть криволинейными и плоскими, с наличием нависающих частей, ребер, кронштейнов, бобышек, фланцев с отверстиями и углублениями сложной конфигурации. Внутренние полости таких отливок обычно имеют большую протяженность и расположены в одном или двух ярусах, с широкими выходами полостей.
Отливки, входящие в 4-ю группу, имеют закрытую или частично открытую форму. Их наружные поверхности являются криволинейными и плоскими, с кронштейнами, фланцами, патрубками или стержнями. Внутренние части таких отливок имеют сложную конфигурацию.
Отливки, относящиеся к 5-й группе, представляют собой отливки закрытой коробчатой формы, где значительная часть поверхности выполняется в виде стержней.
