Линейная усадка серого чугуна составляет 0,8–1,2 %, высокопрочного — 1,0–1,5 %, литейной стали — 1,8–2,2 %. Отливка после затвердевания и остывания всегда меньше формы, в которой её получили, поэтому модель изготавливают крупнее на величину усадки. Пересчитывать чертёж вам не нужно: этим занимается завод при изготовлении оснастки.
Что такое усадка и почему она важна
Расплав занимает объём формы, затем остывает и сжимается. Уменьшаются и отдельные размеры детали, и её объём целиком. Это две разные характеристики, и в справочниках их не смешивают.
Линейная усадка показывает, на сколько процентов уменьшился конкретный размер: длина, диаметр, толщина стенки. Именно её закладывают в модельную оснастку и в стержневые ящики. Объёмная усадка относится ко всему телу отливки, и в изотропном приближении она примерно втрое больше линейной, потому что металл сжимается по всем трём осям одновременно.
Практический смысл для заказчика один. Если приложить штангенциркуль к готовой отливке и сравнить с чертежом детали, размеры могут разойтись на несколько миллиметров. Это не брак и не повод для спора. Припуск на усадку рассчитан заранее, и отклонение лежит внутри поля допуска по классу точности. Другой вопрос, что усадка бывает свободной и затруднённой: жёсткая форма и стержни не дают металлу сесть равномерно, и тогда разница между тонкой и толстой стенкой накапливается как внутреннее напряжение. Если усадку не компенсировали в оснастке, тонкая стенка может дать горячую трещину прямо при выбивке. Поэтому усадку считают до формовки, а не после.
Линейная усадка: таблица по маркам
Значения ниже — типовые технологические ориентиры для свободной усадки. Точную величину технолог уточняет под конкретную деталь: она зависит от химсостава плавки, толщины стенки и способа формовки, поэтому везде дан диапазон, а не единственное число.
| Марка | ГОСТ | Линейная усадка, % | Объёмная усадка, % | Применение |
|---|---|---|---|---|
| СЧ10, СЧ15 | ГОСТ 1412-85 | 0,8–1,1 | 2,4–3,3 | малонагруженные детали, крышки, люки, кожухи, фланцы |
| СЧ18, СЧ20 | ГОСТ 1412-85 | 0,9–1,2 | 2,7–3,6 | корпуса насосов и редукторов, шкивы, маховики, станины, плиты |
| СЧ25, СЧ30 | ГОСТ 1412-85 | 0,9–1,2 | 2,7–3,6 | гидро- и пневмоаппаратура, блоки цилиндров, направляющие |
| СЧ35 | ГОСТ 1412-85 | 1,0–1,3 | 3,0–3,9 | станины прецизионных станков, ролики |
| ВЧ35–ВЧ60 | ГОСТ 7293-85 | 1,0–1,5 | 3,0–4,5 | зубчатые колёса, шатуны, корпусные узлы под нагрузкой |
| АЧС-1…АЧС-6 | ГОСТ 1585-85 | 1,0–1,4 | 3,0–4,2 | втулки, вкладыши, ползуны, узлы скольжения |
| ЧХ1, ЧХ16, ЧХ22 | ГОСТ 7769-82 | 1,4–1,8 | 4,2–5,4 | износостойкие детали при трении |
| ЖЧХ, ЖЧЮ | ГОСТ 7769-82 | 1,2–1,6 | 3,6–4,8 | колосниковые решётки, печные плиты, детали до 600–800 °C |
| КЧ35-10 | ГОСТ 1215-79 | 0,8–1,2 | 2,4–3,6 | справочные данные, в номенклатуре завода не производится |
Серый чугун даёт меньшую усадку, чем сталь, из-за графитизации: выделяющийся графит частично расширяет металл и компенсирует сжатие. У высокопрочного чугуна графит шаровидный, и компенсация слабее, поэтому ВЧ усаживается заметнее серого, а по склонности к усадочным раковинам ближе к стали.
Усадка литейных сталей — таблица
| Марка | ГОСТ | Линейная усадка, % | Объёмная усадка, % | Применение |
|---|---|---|---|---|
| 20Л, 25Л, 30Л, 35Л | ГОСТ 977-88 | 1,8–2,2 | 5,4–6,6 | крышки, кожухи, фланцы, корпуса редукторов, ступицы, зубчатые колёса |
| 40Л, 50Л | ГОСТ 977-88 | 1,8–2,1 | 5,4–6,3 | шнеки, валки, звёздочки, детали на износ |
| 20ГЛ, 30ГЛ, 35ГЛ, 45ГЛ | ГОСТ 977-88 | 1,8–2,2 | 5,4–6,6 | ответственные детали под ударные нагрузки |
| 35ХГСЛ | ГОСТ 977-88 | 2,0–2,4 | 6,0–7,2 | венцы, шестерни, ответственные нагруженные детали |
Диапазон по стали шире, чем по чугуну, и это не погрешность таблицы. Легированные стали с хромом усаживаются сильнее углеродистых, а тонкостенная отливка расходится с толстостенной на несколько десятых процента. Для деталей сложной геометрии технолог берёт верхнюю границу диапазона и добавляет запас.
Усадка и припуск — это не одно и то же
Самая частая путаница при сверке калькулятора с чертежом. Две величины меняют размер отливки в противоположных направлениях, и складывать их в один процент нельзя.
Усадка уменьшает отливку относительно модели. Это свойство металла: расплав остыл и сжался. Изменить её нельзя, можно только заранее увеличить модель, чтобы результат совпал с чертежом.
Припуск, наоборот, делает отливку крупнее готовой детали. Это запас металла под точение, фрезеровку и сверление по ГОСТ 26645-85, обычно 5–15 % массы. Металл припуска заказчик оплачивает, а потом он уходит в стружку.
В нашем калькуляторе учитывается припуск: ползунок в шаге 3 задаёт его долю, и в графе «Масса отливки» вы видите вес заготовки, а не готовой детали. Усадку вводить нигде не нужно, её закладывает завод в модельную оснастку с обратным знаком. Поэтому если посчитанный вес незначительно разошёлся с чертежом, ищите причину в припуске и в допусках на размеры, а не в усадке.
Из этого следует и другой момент, о котором обычно узнают уже в цехе. Размер модели не равен размеру детали из чертежа, и по одной цифре усадки модель не изготавливают: на каждый габарит работает свой коэффициент, зависящий от толщины прилегающей стенки. Заказать оснастку по такой методике можно на странице изготовление модельной оснастки.
От чего зависит усадка
Химический состав влияет сильнее всего. Углерод и кремний усиливают графитизацию, а выделяющийся графит разрыхляет и одновременно распирает металл изнутри — поэтому на одном и том же СЧ20 плавка с повышенным содержанием кремния сядет меньше, чем плавка с пониженным. У сталей картина обратная: углерод и легирующие элементы усадку увеличивают, а хром, никель и молибден добавляют к ней ещё и склонность к трещинам.
Толщина стенки и скорость охлаждения работают через форму. Массивное сечение остывает медленно и усаживается свободно, тонкая стенка схватывается первой и держит соседние участки, не давая им сесть. Чем больше разница сечений в одной детали, тем сильнее расхождение фактической усадки с табличной, и тем вероятнее усадочная раковина в толстом узле при внешне нормальных размерах.
Формовочная смесь и жёсткость формы влияют третьим фактором. В песчано-глинистой форме металл садится свободнее, чем в кокиле или в холоднотвердеющей смеси, где оснастка держит геометрию жёстко. Отсюда практическое следствие, о котором часто забывают. Одна и та же деталь, отлитая в ХТС и в сырую песчаную форму, даст разницу по усадке, и табличные 0,9 % для обеих будут одинаково неточными.
В справочниках для прикидочных расчётов часто советуют взять одну цифру на весь чугун, обычно 1 %. На практике такой усреднённый коэффициент и обходится дороже всего. На станине длиной 1200 мм разница между 0,9 и 1,2 % составляет почти 4 мм. Эти миллиметры либо уходят в допуск по классу точности, либо деталь не садится на место при монтаже, и тогда партия возвращается на переделку. Заказать чугунные и стальные отливки по этим маркам с расчётом по чертежу за один рабочий день можно на страницах чугунное литьё на заказ и отливки из литейной стали.
Если стоит задача проверить расчёт по конкретной детали, пришлите чертёж на rlmz@mail.ru или позвоните по телефону +7 (4932) 39-70-31: технолог укажет, какую усадку он закладывает в оснастку для вашей марки и толщины стенки, и сойдётся ли припуск с вашей заготовительной операцией.