Разработка эскизов литейных форм

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вариант 7

Задание 1

1. По эскизу детали разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями, приведите эскиз собранной литейной формы (в разрезе). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки

Эскиз детали:

Рисунок 1

Эскиз отливки с модельно-литейными указаниями и эскиз собранной литейной формы в разрезе приведены в Приложении 1.

Ручная формовка чаще всего производится в опоках по модели. Для ручной формовки используют инструменты: карасик, применяемый при прорезании каналов и отделке формы, подъемник для извлечения модели из формы, крючок - для удаления осыпавшейся смеси, гладилка - для выглаживания формы, душник - для накалывания отверстий, необходимых для выхода газов из формы.

Опоки - это ящики, состоящие только из стенок и выполненные из чугуна, стали или алюминиевых сплавов. По форме они могут быть прямоугольными„ круглыми или фасонными в зависимости от очертания отливок. Для удержания формовочной смеси в крупных опоках предусмотрены перегородки; малые опоки перегородок не имеют, и формовочная смесь удерживается их стенками и бортиками. Нижнюю опоку с верхней скрепляют штырями, которые вставляют в отверстия приливов. Для подъема и переноски на малых опоках сделаны скобы, а у крупных крановых - цифры.

Формовку производят по неразъемной пли по разъемной модели, без стержней или со стержнями. Наиболее часто осуществляется формовка по разъемной модели со стержнем.

На подмодельную плиту устанавливают нижнюю половину модели, имеющую формовочные уклоны на вертикальных поверхностях, и ставят нижнюю опоку. Модель через сито покрывают облицовочной формовочной смесью слоем 20 - 30 мм. Этот слой уплотняют руками, после чего в опоку набрасывают лопатой наполнительную формовочную смесь и утрамбовывают ее пневматической или ручной трамбовкой. Избыток земли удаляют линейкой и в формовочной смеси, душником накалывают отверстия для выхода газов. Этим заканчивается формовка нижней полуформы. Далее нижнюю полуформу переворачивают, подмодельную плиту снимают и поверхность разъема формы посыпают мелким разделительным песком. На заформованную половину модели накладывают вторую ее половину, направляя шипы последней в гнезда первой. Затем верхнюю опоку ставят на нижнюю, и положение ее фиксируют штырями, которые вставляют в отверстия приливов.

Для образования литника и выпора вставляют отдельные модели. Верхнюю опоку наполняют формовочными смесями так же, как нижнюю. Когда набивка верхней опоки закончена и проколоты отверстия для выхода газов, вынимают модели литника и выпора, снимают верхнюю полуформу, переворачивают, прорезают литнтковый канал в плоскости разъема формы и, осторожно расколотив легкими ударами по ввинченному в гнездо модели подъемнику (расталкивание), вынимают из формы половинки модели. После того с помощью карасиков и гладилок подправляют форму там, где оборвалась смесь, крючками удаляют осыпавшуюся смесь. Если заливка производится в сырую форму, то полость ее припыливают молотым древесным углем или графитом (против пригорания).

В знаки нижней половины формы устанавливают стержень, после чего форму собирают и она готова к заливке.

Помимо формовки в опоках в единичном производстве применяют ручную формовку в почве по моделям и по шаблонам, иногда с опокой.

2. Изложите сущность способа литья в кокиль; изобразите схемы конструкций кокилей. Укажите применяемые сплавы, достоинства, недостатки и области применения этого способа

Кокилем называют металлическую форму, заполняемую расплавом под действием гравитационных сил. Сущность способа заключается в применении многократно используемой литейной формы, которая формирует конфигурацию и свойства отливки. При этом способе литья либо совсем исключается применение, либо расходуется малое количество песчаных смесей лишь на изготовление разовых стержней. В связи с этим отпадает необходимость в землеприготовительных отделениях.

Модельная оснастка при литье в кокиль включает подогреваемые стержневые ящики (для изготовления сплошных или оболочковых стержней), ящики для холоднотвердеющих стержневых смесей и т.д.

Металлическая форма обладает по сравнению с песчаной значительно большими теплоемкостью, теплопроводностью, прочностью и нулевой газопроницаемостью. Материалами для кокилей служат чугуны серые СЧ20, СЧ25 и высокопрочный ВЧ42-12; низкоуглеродистые стали 10 и 20; легированные стали 15ХМЛ и др.; алюминиевые сплавы АЛ9 и АЛ11; медь.

Наибольшее распространение получили чугунные кокили. Металлические стержни изготовляют из конструкционных углеродистых (простой) и легированных (сложной формы) сталей. Кокили небольших размеров либо отливают, либо получают обработкой резанием из поковок. Рабочие полости и элементы литниковой системы в последнем случае получают электрофизической или электрохимической обработкой. Более крупные кокили выполняют литыми.

Перед заливкой расплава новый кокиль подготовляют к работе: поверхность рабочей полости и разъем тщательно очищают от следов загрязнений, ржавчины, масла, проверяют легкость перемещения подвижных частей, точность их центрирования, надежность крепления. Затем на поверхность рабочей полости и металлических стержней наносят слой огнеупорного покрытия - облицовки и краски. Состав облицовок и красок зависит в основном от типа заливаемого сплава, а их толщина - от требуемой скорости охлаждения отливки: чем толще слой огнеупорного покрытия, тем медленнее отливка охлаждается. Вместе с тем слой огнеупорного покрытия предохраняет рабочую поверхность формы от резкого повышения ее температуры при заливке, оплавления и схватывания с металлом отливки.

Перед нанесением огнеупорного покрытия кокиль нагревают газовыми горелками или электрическими нагревателями до температуры 150 - 280^оС. Краски наносят на кокиль обычно в виде водной суспензии через пульверизатор. Вода капель водной суспензии, попадающих на поверхность нагретого кокиля, испаряется, а огнеупорная составляющая ровным слоем покрывает поверхность.

После нанесения огнеупорного покрытия кокиль нагревают до рабочей температуры, зависящей в основном от состава заливаемого сплава, толщины стенки отливки, ее размеров и требуемых свойств. Затем в кокиль устанавливают песчаные или керамические стержни, если таковые необходимы для получения отливки, половины кокиля соединяют и скрепляют специальными зажимами, а при установке кокиля на кокильной машине - с помощью ее механизма запирания, после чего заливают расплав в кокиль. После охлаждения отливки до заданной температуры кокиль раскрывают, полностью извлекают металлический стержень и удаляют из кокиля отливку. Из отливки выбивают песчаный стержень, обрезают литники, прибыли, выпоры, контролируют качество отливки. Затем описанный выше цикл повторяется.

Перед повторением цикла осматривают рабочую поверхность кокиля, плоскость разъема. Обычно огнеупорную краску наносят на рабочую поверхность кокиля 1 - 2 раза в смену, изредка восстанавливая ее в местах, где она отслоилась от рабочей поверхности. Так как за время извлечения отливки и окраски рабочей поверхности кокиля он охлаждается, в частности при литье тонкостенных отливок охлаждается чрезмерно, для повторения цикла требуется подогрев кокиля до рабочей температуры. Если же отливка достаточно массивная, то за счет ее теплоты кокиль может нагреваться до температуры более высокой, чем требуемая рабочая. Для такого случая в кокиле предусмотрены специальные системы охлаждения, и на следующую заливку он поступает охлажденным.

Процесс литья в кокиль является малооперационным. Манипуляторные операции достаточно простые и кратковременные, а лимитирующей по продолжительности операцией является охлаждение отливки в форме до заданной температуры. Практически все операции могут быть выполнены механизмами машины или автоматической установки, что относится к существенным преимуществам способа. Самым важным является то, что исключается трудоемкий и материалоемкий процесс изготовления разовой формы - кокиль используется многократно.

По конструкции кокили бывают простыми и сложными. В зависимости от расположения плоскости разъема кокили делятся на неразъемные (вытряхные); с вертикальной, горизонтальной и сложной (комбинированной) плоскостями разъема.

Этот вид литья применяется в условиях крупносерийного и массового производств. Отливки получают из чугуна, стали и цветных сплавов с толщиной стенок 3...100 мм и массой от десятков граммов до сотен килограммов. В соответствии с ГОСТами точность отливок достигает 12...15-го квалитетов, а шероховатость поверхности Ra = 25...2,5 мкм. Отливки характеризуются стабильностью по механическим свойствам и плотности.

Рисунок 2 Разновидности кокилей: а - вытряхной; б - с горизонтальной плоскостью разъема; в - с вертикальной плоскостью разъема; г - створчатый с вертикальной плоскостью разъема; д - створчатый с горизонтальной плоскостью разъема

Литье в кокиль относится к трудо- и материалосберегающим, малооперационным и малоотходным технологическим процессам. Оно улучшает условия труда в литейном производстве и уменьшает воздействие на окружающую среду.

К недостаткам кокильного литья следует отнести высокую стоимость кокиля, трудность получения тонкостенных отливок в связи с быстрым отводом теплоты от расплава металлическим кокилем, сравнительно небольшое число заливок при изготовлении в нем стальных и чугунных отливок.

Задание 2

литье формовка волочение сплав

1. Изложите сущность процесса волочения и укажите области его применения. Изобразите схему процесса. Опишите типы волочильных станов. Укажите необходимые условия для успешного ведения процесса

Сущность процесса волочения заключается в протаскивании обрабатываемой заготовки через отверстие, размеры которого меньше размеров сечения исходной заготовки. При волочении площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, приобретая постоянное сечение по всей длине, а длина увеличивается. Отношение полученной длины l к первоначальной l₀ называется вытяжкой.

Рисунок 3 Схема волочения: а - прутка; б - трубы на длинной оправке; в - трубы на несмещающейся оправке; г - трубы на плавающей оправке; д - трубы без оправки

Усилие Р, потребное при волочении, называется усилием волочения. Отношение Р к площади поперечного сечения, получаемого после волочения, называется напряжением волочения, которое должно быть меньше предела текучести обрабатываемого металла, иначе выходящий из отверстия волоки пруток будет утрачивать форму и размеры, полученные в отверстии волоки.

Волочение осуществляется в холодном состоянии, поэтому оно вызывает физическое упрочнение (наклеп) металла. Для восстановления первоначальных свойств применяют термообработку (отжиг), которая необходима при волочении в несколько переходов, а также в окончательной продукции.

Волочильный инструмент изготовляют из инструментальной стали, твердых сплавов, а для получения проволоки размером меньше 0,5 мм иногда применяют волоки из естественного алмаза.

Основная часть волоки называется волочильным глазком, или матрицей, и представляет собой рабочее отверстие постепенно уменьшающегося сечения, через которое протягивается металл. Волока с одним отверстием называется фильером, с несколькими - волочильной доской.

Для уменьшения трения при волочении применяют обильную смазку, различные предварительные покрытия, например, омеднение, которое снижает коэффициент трения, а следовательно, и усилие волочения, а также предохраняет поверхность от задира волочильным инструментом; для снижения усилия волочения применяют также роликовую матрицу. Для того чтобы осуществить волочение, необходимо заострить конец заготовки, продвинуть его в волоку, зажать выступающий конец захватами машины и приложить соответствующее тянущее усилие. На выходящем из волоки конце прутка (или трубы) напряжение при растяжении не должно превышать предела текучести металла, так как в противном случае конец прутка, выходящий из волоки, искажается по форме и размерам, а также возможен обрыв прутка. Для волочения применяют декапированный металл - отожженный и протравленный.

Обычно волочение применяют при изготовлении проволоки размером меньше 5 мм; при получении тонкостенных труб, при калибровке и получении высокого качества поверхностей горячекатанных прутков размером до 150 мм (круг, квадрат); при производстве сложных фасонных профилей, для изготовления деталей, которые раньше обрабатывались резанием на станках.

Оборудование, на котором осуществляют волочение, называют волочильными станами. Волочильные станы по принципу работы тянущих устройств подразделяются на две группы: с прямолинейным движением тянущих устройств - цепные, реечным винтовые и с наматыванием обрабатываемого металла на барабан - барабанные.

Барабанные станы для однократного волочения имеют вертушку для установки бунта проволоки. Конец проволоки пропускают через волоку и наматывают после закрепления на вращающийся барабан. Через зубчатую передачу, состоящую из пары конических шестерен, и редуктор барабан приводится во вращение от электродвигателя.

Барабанные станы для многократного волочения проволоки имеют несколько волок. При волочении проволока проходит через волоки с последовательным наматыванием на барабаны. При этом каждый промежуточный барабан является одновременно и тянущим. Зубчатые передачи в стане подобраны так, что по мере волочения в связи с изменением сечения проволоки скорость вращения каждого последующего барабана возрастает. На станах барабанного типа протягивают проволоку диаметром 0,002 - 6 мм и прутки диаметром до 25 мм, сматываемые в бунты. Диаметр барабанов составляет 150 - 1000 мм и более, а скорость волочения на станах находится в пределах 6 - 3000 м/мин. Для уменьшения трения волоки устанавливают в коробки, наполненные маслом.

Цепные станы предназначены для волочения прутков диаметром до 150 мм, а также труб диаметром до 200 мм и длиной до 8 м, которые не могут сматываться в бунты. На таких станах можно одновременно протягивать от одного до десяти изделий. На цепном стане каретка-тележка имеет клещи-захват. Пруток протягивается через волоку, укрепленную в обойме на кронштейне. Каретка тяговым крюком перемещается пластинчатой цепью, приводимой в движение от звездочки, укрепленной на валу редуктора 8, который связан через муфту с электродвигателем. Каретка устроена так, что при окончании волочения пруток автоматически освобождается от захвата и сбрасывается, а каретка возвращается в исходное положение. Проталкивание очередного прутка через волоку без предварительного заострения конца и захват клещами кареткн автоматизированы.

Новые конструкции волочильных станов с гидравлической тягой в отличие от цепных работают более плавно и с меньшим числом обрывов заготовок.

2. По эскизу готовой детали (приложение Б) разработайте схему технологического процесса получения деталей методом холодной объемной штамповки

1) Описать сущность холодной объемной штамповки и указать область ее применения;

2) Вычертить эскиз детали, в соответствии с заданным вариантом;

3) Определить вид исходного материала;

4) Определить размеры заготовки, вычертить эскиз;

5) Вычертить схему штамповки на холодновысадочном автомате и описать рабочий цикл изготовления винта (см. приложение Б).

1) При холодной объемной штамповке металл пластически деформируется в штампе в холодном состоянии. В качестве заготовок обычно применяют прутковый материал из углеродистых и легированных сталей с низким, средним и высоким сопротивлением деформированию, а также из цветных металлов и их сплавов.

В связи с тем, что при холодной объемной штамповке металл не нагревается, она имеет перед горячей ряд преимуществ: из-за отсутствия на поверхности деталей окалины и обезуглероженного слоя повышается точность их размеров и снижается шероховатость поверхности. Это позволяет свести к минимуму последующую обработку деталей резанием и соответственно расход металла.

Холодная объемная штамповка в зависимости от формы деталей может осуществляться осадкой, высадкой, выдавливанием, калибровкой, чеканкой и применяется для изготовления болтов, винтов, заклепок, гаек, шариков, роликов, поршневых пальцев, мелких цилиндрических и конических зубчатых колес и т. д.

Рабочие части инструмента-штампа работают в тяжелых условиях повышенного трения, высоких удельных усилий, достигающих 2000 - 2500 МПа, и высоких температур, развиваемых в процессе деформирования. В связи с этим для изготовления штампов применяют стали повышенной и высокой износостойкости, например Х6ВФ, 9Х5ВФ, X12, а также используют различные смазки и производят предварительную подготовку поверхности заготовок (нанесение веществ, уменьшающих трение), например, фосфатирование. К числу наиболее прогрессивных процессов, основанных на холодной пластической деформации, относятся взаимно дополняющие друг друга процессы листовой и холодной объемной штамповки.

При холодной объемной штамповке достигается: деформационное упрочнение, отсутствие надрезов, направленность волокна вдоль конфигурации штампованной заготовки, увеличение коэффициента использования металла и т.д.

2) Эскиз детали:

Рисунок 4

3) Вид исходного материала по условию - сталь 20. Вид обработки: нормализация.

4) Определяем размеры стального прутка, исходя из принципа равенства объемов:

Условно разделим деталь на 2 цилиндра и сосчитаем суммарный объем:

Рассчитаем длину отрезаемого прутка. Исходя из значений диаметра прутка, равного 28 мм и объема, равного 41,9 • 10³, найдем длину:

Следовательно, в качестве заготовки, выбираем пруток диаметром 28 мм, обычной точности, из стали 20, длиной 68 мм. Эскиз заготовки с припусками приведен в Приложении 2.

5) Схема штамповки на холодновысадочном автомате:

Рисунок 5 Схема штамповки: 1 - пруток, 2 - ролики, 3 - матрица, 4 - упор, 5 - пуансон, 6 - толкатель

В первом переходе ролики 2 подают пруток 1 до упора 4, после чего матрица 3 перемещается на позицию высадки, отрезая от прутка мерную заготовку. Во втором переходе удар эм высадочного пуансона 5 производится высадка головки. После возвращения пуансона в исходное положение заклепка выталкивается толкателем 6, который также возвращается в исходное положение, а матрица вновь уходит на линию подачи. Высадку выполняют на одно-, двух- и трехудариых автоматах, производительность которых достигает 400 изделий в минуту. По сравнению с изготовлением резанием высадка обеспечивает до 30 - 40 % экономии металла.

Задание 3

1. Изобразите схему и опишите сущность процесса контактной шовной (роликовой сварки). Начертите и опишите цикл шовной сварки

Шовная (роликовая) сварка - разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются непрерывным или прерывистым швом, состоящим из отдельных сварных точек, в результате приложения усилия сжатия и подвода тока к вращающимся дисковым электродам (роликам).

Рисунок 6 1 - заготовки, 2 - ролики

Заготовки накладывают друг на друга и зажимают обычно между двумя дисковыми электродами усилием сжатия F_св (P). При подаче тока металл в зоне контакта деталей по оси электродов начинает нагреваться и расплавляться. По мере движения (прокатывания) заготовок между дисковыми электродами образуются новые сварные точки, перекрывающие или не перекрывающие друг друга. Как и при точечной сварке, не требуются специальные средства защиты расплава от взаимодействия с атмосферой.

Циклограммы процесса шовной сварки бывают с непрерывной или прерывистой подачей тока, в виде импульсов:

Рисунок 7 Циклы шовной сварки: а) непрерывного включения тока, б) прерывистого включения тока. Р - давление, S - перемещение роликов, I - сварочный ток, T - время

Непрерывная сварка выполняется сплошным швом при постоянном протекании тока, непрерывном движении заготовок, а также при постоянном давлении дисковых электродов на свариваемые поверхности. Она получила ограниченное применение из-за быстрого износа роликов и сильного перегрева контактирующих с ними поверхностей деталей. Важное значение при непрерывной сварке имеют тщательная зачистка свариваемых поверхностей, одинаковая толщина и однородность состава соединяемых изделий.

Наиболее распространена прерывистая шовная сварка, осуществляемая при импульсной (прерываемой) подаче тока, непрерывном перемещении заготовок и постоянном давлении роликов. При каждом импульсе сварочного тока формируется единичная литая зона. Для образования герметичного шва с перекрывающимися сварными точками подбирается определенное соотношение скорости вращения дисковых электродов и частоты импульсов тока.

Шовную сварку используют в массовом производстве при изготовлении различных сосудов. Толщина свариваемых листов в среднем может быть 0,3-3 мм. Типы сварных соединений, выполняемых шовной сваркой, подобны точечным.

2. Выберите и рассчитайте основные параметры технологического режима ведения электродуговой сварки

1) Выполнить эскиз сварочного соединения в соответствии с вариантом;

2) Определить разделку кромок заготовки;

3) Выбрать марку и диаметр электрода;

4) Рассчитать величину сварочного тока, общее количество наплавленного металла, время потребное для сварки шва, скорость сварки, расход электрической энергии.

Тип сварочного соединения - нахлесточное.

Материал свариваемых деталей - Сталь 20.

Размеры свариваемых заготовок:

- толщина 10 мм.

- длина 200 мм.

1) Эскиз сварочного соединения:

Рисунок 8

2) Разделка кромок не производится.

3) Для сварки заготовок из стали 25 выбираем электрод марки МР-3. Диаметр электрода принимаем равным 5 мм.

4) Значение сварочного тока (А) в зависимости от диаметра электрода определяют по эмпирической формуле:

_св = k • d_эл,

где k - коэффициент, равный 50 А/мм;

d_эл - диаметр электрода, мм.

_св = 50 • 5 = 250 А.

Вес наплавленного металла находится по формуле:

где L - длина шва, см;

F - поперечное сечение шва, смІ;

г - удельная плотность наплавленного металла (для стали г = 7,8 г/ см³).

Площадь поперечного сечения шва:

F = a • b, где:

b = 200 мм = 20 см

F = 1,42 • 20 = 28,4 см²

Вес наплавленного металла:

Скорость сварки:

а_н = 17 г/(А• ч) - коэффициент наплавки

Время потребное для сварки шва:

Расход электрической энергии:

Q = _св • U • t_св, где:

U = 25 - 28 В - напряжение на дуге

Q = 250 • 25 • 1,04 = 6500 Вт/ч = 6,5 кВт/ч

Литература

1. Комаров О.С. Технология конструкционных материалов [Текст] / О.С. Комаров. Мн.: Дизайн ПРО, 1998.

2. Кузьмин Б.А. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы [Текст]: Учеб. для мех. и машиностроительных техникумов / Б.А. Кузьмин, А.И. Самохоцкий. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1984. 256 с.

3. Челноков Н.В. Технология горячей обработки материалов [Текст]: учебник для учащихся техникумов / Н.В. Челноков, Л.К. Власьевнина, Н.А. Адамович. М.: Высш. Школа, 1981. 296 с.

Размещено на Allbest.ru