Проект стрижневої дільниці для цеху сталевого литва

- по-можливості, бажано, щоб рознімання мало одну горизонтальну площину розніму;

- кількість стрижнів повинна бути мінімальною, вони мали нескладну конфігурацію, розташовувати стрижні слід в нижній напівформі

- необхідно, щоб висота форми при формуванні в парних опоках була мінімальна;

- поверхня рознімання форми повинна забезпечувати вільне витягання моделей з форми і зручність установки стрижнів, які фіксуються знаками;

- поверхня рознімання має забезпечувати зручність ущільнення і збирання форми, надійність установки стрижнів, можливість контролю розмірів порожнини форми;

- слід забезпечити підведення металу до виливка по найкоротшому шляху [9].

Виливок Провушина розташовуємо симетрично, у двох напівформах, які виготовляємо за рознімною моделлю. Поверхня рознімання напівформ - горизонтальна, плоска. Вибране рознімання форми забезпечує зручність виготовлення і збирання форми, установлення стрижнів і безпечне виймання моделі з форми (дивись лист 1 графічної частини).

2.5 Визначення припусків на механічну обробку

Для визначення конструктивних розмірів моделі слід встановити припуски на механічну обробку виливка. Припуски на механічну обробку призначаються за ГОСТ 26645-85 на кожну оброблювану поверхню виливка. Вони залежать від допуску на розмір виливка і положення оброблюваної поверхні щодо заливки. За таблицею 4.1 [4] вибираємо клас точності даного виливка і ряд припусків.

Для проектованого виливка Провушина з габаритним розміром 200 мм (до 630мм) при литті сталевих виливків в піщані сирі форми клас точності заданий конструктором 9, ряд припусків обираємо для великосерійного виробництва виливків нескладної конфігурації 4. За цими даними за [2] визначаємо допуск розмірів виливка і - величину припуска на механічну обробку. Дані заносимо у таблицю 2.1.



Таблиця 2.1 - Величина допуску і припуску на механічну обробку

Розмір, мм	Допуск розміру, мм	Припуск на механічну обробку, мм
200	±2,8	4,2 (збоку)
80	±2,2	3,8 (збоку)

Приймаємо величину припусків 4мм.

Знаходимо масу припусків на механічну обробку за формулою [2]

G_пр = а • b • h • с, (2.1)

де а, b - довжина і ширина оброблюваної поверхні, дм;

h - величина припуску на механообробку, дм;

с - щільність металу, кг/дм³; для сталі с =7,8 кг/дм³.

G_пр1 = 2• 2 • 0,18 • 0,04• 7,8 = 0,225 кг;

G_пр2 = 4 • 0,8 • 0,18 • 0,04 • 7,8 = 0,18 кг;

Сумарне значення маси припусків дорівнюватиме

G_пр = G_пр1 + G_пр2 (2.2)

G_пр = 0,225 + 0,18 = 0,405 кг

2.6 Визначення чорнової маси виливка

Чорнова маса виливка розраховується за формулою [8]

G_ЧМВ = G_ДЕТ + G_ПР + G_НО + G_УХ (2.3)

де G_ДЕТ - маса деталі за кресленням, кг; G_ДЕТ =7,4кг;

G_ПР - маса припусків на механічну обробку, кг; G_ПР =0,405кг;

G_НО - маса металу отворів, що не проливаються, кг; визначаємо за формулою

G_НО = р ? r² ? Н ? с ? n, (2.4)

де r - радіус отвору, що не проливається, 0,16 і 0,20дм;

Н - висота отвору, що не проливається, 0,25 і 0,18 дм;

n - кількість отворів, що не проливаються, 2 шт.

G_НО1 = (3,14 ? 0,16² ? 0,25? 7,8) ? 2 =0,313 кг;

G_НО2 = (3,14 ? 0,20² ? 0,18? 7,8) ? 2 =0,353 кг;

? G_НО=0,313+0,353=0,666кг

G_УХ - маса металу на формувальні ухили, кг; дорівнює 3-5% від G_ПР, тобто

G_УХ = 4 ? 0,405 : 100 = 0,016 кг

Тоді чорнова маса буде дорівнювати

G_ЧМВ = 7,4+0.405+0,666+0,016 = 8,487кг

2.7 Визначення кількості та межі стрижнів, розмірів знаків, формувальних ухилів та усадки металу

Стрижні використовуються для формоутворення отворів і порожнин виливків. При виборі межі стрижнів враховуємо:

? конструкція, кількість та межі стрижнів повинні забезпечувати задану кресленням конфігурацію і габаритні розміри виливка; зручне встановлення стрижнів в форму і контроль всіх розмірів порожнин в ній; мінімальні витрати на виготовлення стрижневих ящиків;

? межі стрижнів повинні забезпечувати простоту виготовлення стрижневого ящика,

- поверхня стрижня зі сторони набивання повинна бути достатньою для зручності роботи;

? опорні поверхні стрижнів повинні бути достатніми, щоб виключити деформацію стрижня під дією сили ваги;

- основні опорні знаки стрижнів слід проектувати в нижній напівформі [10].

Виливок Провушина має 2 стрижня. Стрижень 1 - горизонтальний оформлює відкриту порожнину виливка . Відноситься до 4 класу складності. Точність фіксації стрижня 1 у формі забезпечується бічними знаками. Висота стрижня складає 64 мм, довжина з врахуванням припусків виливка -208 мм, ширина - 55мм. Стрижень 2 - оформлює відкриту порожнину виливка між щоками та зовнішній контур виливка по радіусу 40мм - вертикальний. Висота стрижня -100 мм, довжина- 75мм, ширина - 72мм. Відноситься до 4 класу складності.

Конфігурацію і розміри знакових частин, ухилів і зазорів, призначаєм за ГОСТ 3212-92, враховуєм розміри стрижнів, способу формування і розташування стрижнів у формі[10]. Розміри стрижнів, знаків, ухилів і зазорів наведені в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 - Величина вертикальних знаків, ухилів стрижня

Номер стрижня	Діаметр або половина периметру стрижня, мм	Тип форми	Величина знаків, мм	Величина ухилів стрижневих знаків	Зазори, мм
1	136 при довжині 55	сира	35	7	0,4
2	74,5 при висоті 100	сира	35	7	0,4

Для виконання якісної поверхні виливка та забузпечення його кріплення стрижень 1 має додатково бічні знакові частини габаритом 11 мм, стрижень 2 має технологічний бічний знак 35 мм (виконується радіусна поверхня щок та оформлюється підведення металу) , Для визначення групи стрижнів необхідно знайти їх масу і об'єм.

Об'єм стрижня 1 розраховуємо за формулою

V= а • b • h, (2.1)

де а, b, h - довжина , ширина і висота стрижня, дм;

V₁=1,2•0,59•0,64+0,35•0,64•1,2+1,3•0,55•0,64+0,44•0,11•0,18=1,19 дм³

V₂ = 1,35•0,95•0,7=0,9 дм³

Масу стрижнів знаходимо за формулою, враховуєм, що щільність стрижневої суміші с= 1,67 кг/дм³;

G_CТ1 = 1,67 ? 1,19 =1,987 кг

Маса стрижня 2

G_CТ2= 1,67 ?0,9= 1,503 кг

За об'ємом і масою визначаємо групу кожного стрижня [10] і заносимо дані в таблицю 2.3.

Таблиця 2.3 - Група стрижня

Номер стрижня	Група стрижня	Об'єм стрижня, дм3	Маса стрижня, кг	Розміри стрижневого ящика, мм
1	дрібні	1,19	1,987	200 160 100 - 630 400 400
2	дрібні	0,9	1,503	200 160 100 - 630 400 400

Об'єм сплаву при твердінні і охолоджуванні зменшується, усадку враховуєм при виготовленні моделі. Для даного виливка із сталі 35Л усадка дорівнює 1,5 % [9], (всі розміри при виготовленні модельного комплекту збільшуються на 1,5 %).

Для зручності витягання моделі з форми призначаємо формувальні ухили за ГОСТ 3212-92 [11]. Величина формувального ухилу залежить від матеріалу модельного комплекту, типу формувальної суміші і висоти формоутворювальної поверхні. Значення формувальних ухилів модельного комплекта наведені в таблиці 2.4.

Таблиця 2.4 - Величина формувальних ухилів модельного комплекту.

Висота формоутворювальної поверхні моделі, мм	Тип форми	Матеріал моделі	Величина формувального ухилу при d > h
50	сира піщано-глиниста	метал	00 ? 35?
18	сира піщано-глиниста	метал	1о10ґ

2.8 Вибір матеріалу та конструкції елементів модельного комплекту

Модельний комплект для виготовлення виливка Провушина складається з підмодельних плит, моделей, стрижневих ящиків.

Вибір матеріалу модельного комплекту залежить від характеру виробництва. Модельний комплект даного виливка відноситься до комплектів для машинного формування, за габаритними розмірами відноситься до дрібних моделей (габаритний розмір до 500 мм), за складністю конструкції - модель середньої складності. Модель пустотіла, виготовляється за 3 класом складності і 2 класом міцності. Моделі ливникового ходу, живильників - трапецієдальні.

Застосовувуємо металевий модельний комплект тому, що деталь Провушина виготовляється в умовах великосерійного виробництва. Для виготовлення моделей використовуємо алюмінієвий сплав марки АЛ9. Згідно ГОСТ 2685-80 цей сплав має наступний хімічний склад і механічні властивості [11], які наведені в таблицях 2.5, 2.6.

Таблиця 2.5 - Хімічний склад алюмінієвого сплаву

Марка сплаву	Масова частка елементів, % (решта алюміній)
	Mg	Si	Mn	Cu
АЛ 9	0,2 - 0,4	6 - 8	-	-

Таблиця 2.6 - Механічні властивості алюмінієвого сплаву

Марка сплаву	Межа міцності, мПа, не менше	Відносне подовження, % , не менше	Твердість, НВ, мПа, не менше
АЛ 9	157	2	490

При розрахунку розмірів моделей і порожнин стрижневих ящиків враховуєм припуски на механічну обробку, ухили, усадку металу моделі і виливка.

Виготовлення стрижнів 1 і 2 відбувається піскодувним засобом за оснащенням, що нагрівається. Ящики повинні протистояти дії стисненого повітря, мати для виходу повітря вентиляційні канали - венти .

Твердіння суміші в ящику відбувається при температурі 180 - 250 ^оС, тому матеріал ящика повинен мати високу міцність і хімічну стійкість до кріпильних. Цим вимогам найповніше відповідає сірий чавун марки СЧ 15. Відповідно до ГОСТ 1412-89 даний сплав має наступний хімічний склад і механічні властивості, які приведені в таблиці 2.7



Таблиця 2.7- Хімічний склад і механічні властивості сплаву для стрижневих ящиків

Марка сплаву	Хімічний склад %	Механічні властивості
	вуглець	Марганець	кремній	Не більш	Межа міцності при розтягуванні, МПа	Твердість, НВ, МПа
				фосфор	Сірка
СЧ 15	3,5-3,7	0,50.0,8	2,0.2,4	0,2	0,15	147	1630-2290

До елементів опочного оснащення, який використовується при виготовленні виливка Провушина відносяться також підмодельні плити, штирі і втулки. Підмодельні плити повинні мати високу жорсткість і міцність, виконуються із сталі 35Л. Плити суцільнолиті, плоскі, однобічні з вкладниками, з внутрішньої сторони мають ребра жорсткості.

Для фіксації опоки на модельній плиті передбачені напрямний і центрувальний штирі. Центрувальний штир оберігає опоку від зсуву в горизонтальному напрямі, а напрямний штир - від зсуву щодо поперечної вісі плити. Втулками забезпечується точність центрування.

2.9 Визначення кількості виливків у формі й розмірів ливарної форми (перевірочний розрахунок розмірів опок)

Використання надмірно великих опок спричиняє за собою недоцільну витрату суміші, збільшення витрат праці на ущільнення формувальної суміші. Використання дуже маленьких опок може викликати брак виливків, вихід металу за роз'ємом. При визначенні розміру опок скористаємося даними [10] .



Таблиця 2.8 - Залежність товщини шару формувальної суміші на різних дільницях від маси виливка

Масса виливка, кг	Мінімально допустима товщина шару, мм
5-10	від верху моделі до верху опоки	від моделі до стінки опоки	Між моделями	між моделлю та ливниковим ходом	від низу моделі до низу опоки
	50	30	40	30	60

На підставі значень рекомендованої товщини шару формувальної суміші на різних ділянках форми, який залежить від маси виливка, визначаємо мінімальні розміри опок «у світлі», плануємо розмістити чотири виливка у формі.

Визначаємо мінімально допустимі довжину, ширину та висоту опок враховуючи усадку металу

В_min = 30+(154+35+35)+30+30+(154+35+35)+30 = 568 мм

L_min = 30+(208+ 15+15) +40+238+30 = 576 мм

Н^в_min= 50+50=100 мм

Н^н_min= 85+60=145мм

Основні розміри опок для автоматичних ливарних формувальних ліній з виготовлення виливків в піщаних формах визначені ГОСТ 2133-75. Розрахункові значення збільшуємо до найближчого більшого регламентованого розміру «у світлі». З ряду стандартних опок вибираємо найближчі за розміром:

L = 900 мм, В = 600 мм, висота опок Н = 250/250 мм. Форми плануємо виготовляти на автоматичній лінії ІЛ 225.

Розташування виливків у формі для розрахунку габаритів опок зображене на рисунку 2.3. Згідно розрахунку у формі розташовується 4 виливка.



2.10 Проектування та розрахунок приливків

Приливок - частина живлячої ливникової системи, призначена для усунення у виливка усадкової раковини й пористості, оскільки багато ливарних сплавів мають підвищену усадку, внаслідок чого на виливках в потовщених місцях утворюються усадкові раковини, рихлість і пористість.

Приливки можуть бути прямі (верхні) й відвідні (бічні), прямі приливки встановлюють безпосередньо на живлений вузол, вони можуть бути відкриті й закриті

Приливок повинен мати достатній переріз, тверднути пізніше за виливок і мати мінімальний, але достатній об'єм, щоб усадкова раковина не вийшла за його межі.

Приливки застосовуються для одержання щільних виливків без дефектів усадочного походження: раковин і пористості. У процесі формування виливка приливок становить із ним єдине ціле й розташовується таким чином, щоб метал, що зберігається в ньому у рідкому стані, міг безупинно надходити в частини виливка, що твердіють, для компенсації зменшення їхнього об'єму.

Для виконання свого призначення приливок повинен задовольняти наступним вимогам:

- твердіти пізніше виливка;

- протягом усього періоду затвердіння виливка мати необхідний для живлення надлишок рідкого металу.

При конструюванні приливків для конкретного виливка спочатку необхідно визначити місце установлення приливків на виливку, їхню кількість та їхню форму, а потім зробити розрахунки й установити розміри кожного приливка.

При розташуванні приливка на виливку керуються наступними правилами:

- приливок необхідно ставити на кожній масивній частині виливка (термічному вузлі), з'єднаній з іншими масивними частинами, більш тонкими й швидко твердіючими частинами;

- приливок необхідно встановлювати на оброблювані частини, тому що розташування її на необроблюваних поверхнях збільшує об'м механічної обробки;

- форма приливка повинна бути з мінімальною поверхнею охолодження;

- витрата металу на приливок повинна бути мінімальною, але достатньою для ефективного живлення виливка розплавом.

- приливок повинен мати конфігурацію, що забезпечує його мінімальний об'єм.

Об'єм приливка можна визначити різними методами:

- методом вписаних кіл;

- методом Й. Пржибила;

- методом В.А. Денисова;

- методом П.Ф. Василевського та ін.

Коли приливок встановлений безпосередньо на виливку (прямий), його розрахунок робиться за методом П.Ф. Василевського (але іноді доцільно визначати об'єм приливка методом вписаних кіл), який розроблений для виливків з вуглецевих і низьколегованих сталей.

При цьому усі існуючі схеми живлення виливків або їх окремих вузлів призводять до двох типових схем залежно від положення виливка у формі: горизонтального (перша типова схема живлення) або вертикального (друга типова схема живлення).



Рис. 2.3 - Ескіз визначення кількості виливків у формі

Розміри приливків для кожної типової схеми живлення визначаються згідно із співвідношеннями параметрів виливка й приливка, тобто по співвідношенню усередненої товщини живленого вузла д_В й висоти живленого вузла Н_В. По цих співвідношеннях з відповідних таблиць визначаються діаметр приливка D_ПР та його висота Н_ПР.

На виливку Провушина встановлюємо закритий приливок. Схема живлення виливка проводиться за другою типовою схемою розрахунку приливків за методом П.Ф.Василевського.[2]

Товщина стінки у місці термічного вузла 35мм

Задаємось співідношенням діаметра приливка до товщини стінки вузла Н_ПР/_В=3, відношення діаметра приливка до товщини стінки вузла D_пр:_В =1,6ч2,1.

Знаходимо діаметр приливка

D_пр = 2,1 • 35 = 74мм

Вибираємо співвідношення висоти приливка до діаметра приливка Н_пр:D_пр =1,1ч1,3 для закритих приливків. Знаходимо висоту приливка

Н_пр=74•1,3 = 96 мм

Виходячи з конструкції виливка у місці встановлення приливка та розрахованого об'єму приливка приймаємо такі габарити виливка : довжина - 80 мм, ширина -70 мм, висота -100 мм.

Знаходимо об'єм приливка

V= 0,7·0,8·1= 0,56 дм³

Знаходимо масу приливка

G_прил= 7,2 ·0,56= 4,032 кг

2.11 Визначення рідинної маси виливка

Рідинну масу виливків у формі визначаємо за формулою [10]

G_рмф = (n? G_чмв + G_лс + n? G_прил + G_зап), (2.10)

Q_лс - маса металу на ливникову систему, кг; дорівнює 3-6% (n?G_чмв); приймаємо, що G_лс дорівнює 5% від чорнової маси виливків у формі

G_лс= 0,05•4·8,487= 1,697 кг

де G_зап - маса металу, що витрачається на розбризкування, залишки в ковші,кг; приймаємо, що G_зап складає 4 % від чорнової маси виливків у формі

G_зап= 0,04 ? (4? 8,487) = 1,358 кг.

Маса рідкого металу форми (металоємкість) дорівнюватиме

G_рмф = (4? 8,487 + 4,032·4 +1,697+ 1,358) = 53,131 кг

Маса рідкого металу одного виливка дорівнюватиме

G_рмв =53,131:4 = 13,283 кг

2.12 Проектування та розрахунок ливникової системи

Ливникова система служить для плавного підведення розплаву в порожнину ливарної форми і живлення виливків в процесі твердіння. Вибір ливникової системи є найбільш відповідальною частиною розробки ливарної технології. Вірно побудована ливникова система повинна забезпечувати добре заповнення форми розплавом і живлення виливка в процесі його твердіння; сприяти отриманню виливка з точними розмірами, без поверхневих дефектів і створювати направлене твердіння виливка. Витрата металу на ливникову систему повинна бути мінімальною.

До складу ливникової системи входять: лійка, стояк, ливниковий хід, живильники, випори, приливки.

Розрахунок ливникової системи проводимо за методом Озанна- Діттерта. За цим методом визначаємо площу мінімального перерізу елемента ливникової системи - живильника.

Сумарний переріз живильників знаходимо за формулою



? ?_жив = , (2.11)

де G_рмф - маса рідкого металу, що проходить через живильники (металоємність форми), г; G_рмф= 53131 г;

- коефіцієнт опору ливникової системи; приймаємо високий (при повороті струменя на 90⁰ більше двох разів); для сталі при високому опорі ливникової системи = 0,25 [4];

- щільність розплаву, г/см³; для сталі = 7,2 г/см³;

ф - оптимальна тривалість заповнення форми, с; визначаємо за формулою

ф = S• , (2.12)

де S - коефіцієнт, що враховує товщину стінок виливка, S = 1,3 згідно даним [4];

д₀ - переважна товщина стінок виливка, мм; д₀ = 18 мм;

ф = 1,3 •= 12,8 с

G - металоємність форми, кг; G_рмф = 53,131 кг;

g - прискорення вільного падіння, см/с²; g =980 см/с²;

Н_р - розрахунковий гідравлічний напір металу, см;

Н_р= Н_о- ;

Н_р= 25- см;



n - кількість виливків у формі, шт; n= 4 шт.

? ?_жив = = 10,7 см²

Виливок живиться двома живильниками. У формі 8 живильників. Площу одного живильника знаходимо за формулою

?_жив = ? ?_жив : n

?_жив = 10,7 : 8 = 1,34 см²

З нормалізованого ряду розмірів живильників вибираємо найближчий з розмірами: ширина нижньої основи (а) - 17 мм, ширина верхньої основи (b) - 14 мм, висота (h) - 8,5 мм.

Площа поперечного перерізу живильників, площа поперечного перерізу ливникового ходу і площа перерізу стояка для сталевих виливків пов'язані співвідношенням [1]

?F_жив :?F_лх: ?F_ст =1,0:1,1:1,2 (2.13)

У формі передбачено підведення металу 8 живильниками і двохсторонній ливниковий хід, площа якого визначається за формулою

??_лх = ? ?_жив • 1,1 = 10,7 • 1,1 = 11,8 см² (2.14 )

У формі передбачено 2 ливникових хода, тоді переріз одного дорівнює

?_лх =11,8 :2=5,9 см²

З нормалізованого ряду розмірів ливникових ходів вибираємо найближчий з розмірами: а=22 мм, b =18 мм, h =25 мм.

Визначаємо площу стояка

?_ст = ? ?_жив • 1,2 (2.15)

?_ст = 10,7 • 1,2 = 12,8 см²

Знаючи площу перерізу стояка, визначаємо його діаметр за формулою

D_ст= (2.16)

D_ст= =4,0 см

Приймаємо D_ст = 40 мм.

Для заливки приймаю нормалізовану лійку. Діаметр лійки визначається із співвідношення [7]

Д_л = 2,7 • Д_СТ = 2,7 • 40 = 108 мм

Приймаємо діаметр лійки 110мм

Тоді Н_л = Д_л = 110мм.

Ескіз виливка з елементами ливникової системи наведений на рисунку 2.4.



Рис. 2.4 - Ескіз виливка з елементами ливарної форми

2.13 Визначення технологічного виходу придатного литва

Коефіцієнт технологічного виходу придатного (ТВП)- це відношення чорнової маси виливків до маси рідкого розплаву з урахуванням браку виливків, розбризкування і залишків в ковші.

ТВП визначаю за формулою [4]

ТВП = • 94,5%, (2.17)

де G_чмв - чорнова маса виливка, кг; G_чмв= 8,487 кг;

- коефіцієнт, що враховує витрату металу на залишки в ковші, брак, розбризкування, він коливається в межах 1,09 - 1,19. Приймаємо = 1,1;

94,5% - коефіцієнт, що враховує вигар металу в електропечі та дорівнює 5,5%.4? 8,487 + 4,032·4 +1,697

ТВП = • 94,5% =56,3 %

2.14 Вибір сумішей для виготовлення форм та стрижнів, їх властивості

2.14.1 Вибір формувальних сумішей

Склад формувальних і стрижневих сумішей різноманітний, залежить від роду сплаву, маси, товщини стінки й конфігурації виливка, вимог, що пред'являються до нього, характеру виробництва. Формувальні суміші класифікуються за наступними ознаками:

- за призначенням: для виливків з чавуну, сталі, кольорових сплавів;

- за складом: піщано - глинисті, суміші, що містять швидко твердіючі кріпильні, спеціальні;

- за застосуваннями при формуванні: єдині, облицювальні, наповнювальні;

- за способом заливки: по-сухому (повне або часткове просушування форми,стрижнів в сушарках або СО2), по сирому, в хімічно тверднучи форми;

- залежно від класу вживаного піску: природні й синтетичні.

Формувальні суміші, які використовуються при виробництві сталевих виливків, повинні мати високу міцність і термохімічну стійкість, оскільки температура заливання сталі значно вища температур заливання інших ливарних сплавів.

Для виготовлення форм дрібних виливків при машинному формуванні застосовують єдині суміші, які за властивостями близькі до лицювальних сумішей. Ця суміш виготовляється з найбільш вогнетривких пісків і глин з найбільшою сполучною здатністю, щоб забезпечити довговічність суміші. При повторному використанні цієї суміші в неї вводиться достатня кількість свіжих матеріалів (освіжних добавок) для надання високих технологічних властивостей.

Виливок Провушина виготовляється в сирих ливарних формах; як формувальну суміш застосовуємо єдину піщано-глинисту суміш, основну частину якої складають оборотні суміші, які освіжають додаванням невеликої кількості свіжих матеріалів (освіжна суміш). Склад і властивості формувальних сумішей наступні:

Склад і властивості формувальних суміші наступні:

Відпрацьована суміш - до 92%

Пісок кварцовий - 6,5-8,0%

Лігносульфонат - 1,5-2,0%

Вміст глинистої складової - 8-10%

Вологість - 3,4-4,4%

Газопроникність - 80-100%

2.14.2 Вибір стрижневих сумішей

До стрижневих сумішей пред'являються більш високи вимоги за фізико-механічними властивостями. Міцність стрижня в сухому стані і його поверхнева твердість повинна бути вище за ці ж параметри форми. Стрижневі суміші повинні мати велику вогнетривкість, податливість і невелику гігроскопічність, особливо при формуванні по-сирому, високу газопроникність і малу газотворну здатність, гарну вибиваємість [2]. Вказані вимоги до стрижнів виконують вибором відповідного складу стрижневої суміші і технології виготовлення стрижня, що залежить від характеру виробництва. Раціональний вибір стрижневої суміші і технології виготовлення стрижнів забезпечує високу якість виливків і ефективність виробництва.

При великосерійному й масовому виробництві ефективний процес виготовлення форм і стрижнів у оснащенні, що нагрівається. Основу сумішей для цього процесу складають кварцові піски класів Об1К або Об2К. В якості сполучних використовуються синтетичні смоли або інші швидкотверднучі матеріали. Поліпшення технологічних властивостей досягається введенням різних додатків.Для виготовлення стрижнів в даному проекті вибираємо гарячотверднучу суміш (ГТС) [2]. Склад суміші:

- пісок кварцовий Об1К02 - 100%;

- смола ВР-1 або ФФ-1С (сполучне) - 3,0-3,5 %;

- оксид заліза (каталізатор) - 1,0 %;

Властивості суміші:

- міцність на розрив по-сухому - 1,8 МПа;

- газопроникність - більше 100 одиниць;

- вологість - 0,9 - 1,5%;

- живучість - 3 хв.

2.15 Вибір обладнання для виготовлення форм та стрижнів, організація процесу їх виготовлення

2.15.1 Виготовлення форм

Для виготовлення виливка Важіль і виконання заданої річної програми вибираємо автоматичну ливарну формувальну лінію ІЛ225 для опок розміром 900Ч600Ч250/250мм. Ця лінія компонується на базі формувального струшуючого агрегату з подальшим допресуванням верхніх шарів суміші в опоці диференційною головкою.Технічна характеристика лінії приведена у таблиці 2.9.

Таблиця 2.9 - Технічна характеристика лінії ІЛ225 (8ІФЛ)

Найменування параметру	Величина
1. Розмір ливарних опок у світлі, мм: довжина ширина	900 600
2. Висота опок, мм: опока верхня опока нижня	250 250
3. Габарити ливарних опок у плані, мм довжина ширина	1118-1,2 798-1,2
4.Продуктивнысть циклова, форм/годину	250
5. Річний випуск лиття, т	14000
6. Кількість модельних комплектів, що одночасно перебувають у роботі, шт	1
7. Метод ущільнення форм	струшування з наступним пресуванням
8.Частота струшування регульована, уд/хв.	250-300
9. Питомий тиск пресування регульований, МПа	0,25-1,25
10. Розважування лиття, кг	1-50
11.Середня металоємність форм, кг	35
12. Час охолодження виливків, хв	45

Виготовлення виливків на автоматичній лінії ІЛ225 відбувається таким чином: формувальна лінія розділена на п'ять технологічних дільниць, кожна з яких керується автономно від власної станції (пульту) керування. Після вибивки форм проводиться розпарування опок, потім очищення їх контрладу.Формувальна суміш надходить із сумішеприготувального відділення до бункеру формувального автомату по стрічковому конвеєру. Після розпарування опоки «низу» надходять на дільницю формування нижніх півформ, а опоки «верху» - на дільницю верхніх півформ. Порожні опоки транспортуються роликовим конвеєром і подаються у формувальний автомат штовхачем. Моделі закріплені у формувальному автоматі, при необхідності заміни подаються на дільницю формування до формувального автомату краном. Поверхня моделей обдувається стисненим повітрям і покривається шаром розділового покриття обприскуванням, після чого відбувається збірка опоки з модельним комплектом. На опоку накладається наповнювальна рамка, яка опускається зверху. Опока заповнюється сумішшю дозованою порцією. Рівномірність подачі суміші в опоку досягається за допомогою розсікача суміші. Суміш ущільнюється спочатку струшуванням, а потім верхні шари суміші допресовуються механізмом підпресування диференціального типу (багатоплунжерною головкою). Залишки суміші зрізаються на виході півформи з формувального автомату. Напівформа знімається з моделі на штифтах і подається до кантувача дискового типу. У напівформах верху виконуються вентиляційні наколи та висвердлюється фрезою ливникова воронка, після чого напівформа повертається кантувачем у положення, необхідне для збірки. Виготовлені півформи подаються на дільницю збирання форм, де проводиться виправлення дефектів форм-згладжуються нерівності, прошпилюються частини, які могуть бути пошкоджені при заливці, півформа обдувається стисненим повітрям, в напіформу низу проставляються стрижні, холодильники й надалі за допомогою механізму збирання верхня півформа встановлюється на нижню. Зібрана таким чином форма подається на заливку. Заздалегідь перед заливкою форма при необхідності навантажується або скріпляються між собою дві півформи, щоб уникнути підйому верхньої півформи при заливанні металу, або зміщення. Після заливки форми надходять на спеціальну гілку лінії (накопичувальну), де відбувається остигання виливків у режимі роботи лінії (45 хвилин), потім форми потрапляють на дільницю вибивання, де спочатку проводиться витискання грудки суміші разом із кущем виливків за допомогою звичайної пресової плити, а потім проводиться руйнування грудки струшуванням на інерційній вибивній гратці.

Управління формувальною лінією відбувається в автоматичному режимі, за робою слідкує формувальник, що знаходиться у пульта керування; обслуговування, спостереження за роботою формувальної лінії входить в обов'язки слюсаря формувальника.

2.15.2 Виготовлення стрижнів

Стрижні виготовляються на машинах різних типів: струшувальних, пресових, вібропресових, піскометах, піскодувних, піскострельних, мундштучних та спеціальних. Для виготовлення стрижнів для виливка Провушина обираємо піскодувний спосіб за оснащенням, що нагрівається. Спосіб виготовлення стрижнів з сумішей з швидкотверднучими кріпильними - синтетичними смолами в гарячих стрижневих ящиках дозволяє позбавитися однієї з найбільш тривалих операцій процесу їх виготовлення -сушки. Основні переваги цього технологічного процесу: усунення сушки стрижнів; висока міцність і мала обсипаємість стрижнів в сухому стані; хороша газопроникність; висока точність і якість поверхні; добре вилучення стрижня з виливка. До недоліків процесу слід віднести ускладнення конструкції стрижневих ящиків, підвищення їх вартості, тому його застосовують при великосерійному і масовому виробництві.

Дрібні стрижні, які застосовують для отримання виливка Провушина (об'ємом менше 2,5 дм³), виготовляються на однопозиційних стрижневих піскодувних машинах моделі 232А21А1 за оснащенням, що нагрівається. Основні вузли машини: станина, колона, траверса, механізм збірки і протяжки, механізм переміщення резервуару, механізм прижиму-надуву-вихлопу, підйомний стіл, механізм знімання, механізм обдування і обприскування.. Машина має пневмопривод і електричний нагрів оснащення.[6] Для виготовлення стрижнів вибираємо стрижневу машину 232А221А1. Вона призначена для виготовлення стрижнів із ГТС піскодувним способом. Технічна характеристика машини наведена в таблиці 2.10.

Таблиця 2.10- Технічна характеристика стрижневої машини 232 А21А1

Найменування параметра, розмірність	Величина параметра
Наибільший об'єм стрижня, дм3	2,5
Габаритний розмір стрижневого ящика, мм Длина Ширина висота	400Ч200Ч320 400 200 320
Температура нагрівання оснастки, оС	180-270
Час разогріву оснастки, хв.	30-60
Продуктивність циклова, знім/год	150
Витрата стисненого повітря, м3/ цикл	0,25
Витрата технічної води, дм3/ хв.	13-16
Витрата газу, м3/ годин у режимі роботи у режимі разогріву	- -
Габаритні розміри машини, мм длина ширина висота	3350Ч1850Ч370 185018502370
Масса, кг	3100
Встановлена потужність. кВт	22

Виготовлення стрижнів виробляється таким чином після розігріву стрижневого ящика та заповнення піскодувного резервуару сумішшю на позиції завантаження включається машина на автоматичний режим роботи. Піскодувний резервуар з позиції завантаження суміші переміщується на позицію вдуву, притискається до оснащення, після чого відбувається вдування в нього стрижневої суміші;потім піскодувний резервуар повертається в початкове положення, переміщується на позицію завантаження, підтискується до вібробункеру та заповнюється стрижневою сумішшю. За часом після затвердіння стрижня стрижневий ящик розкривається, рухома половина його розвертається площиною роз'ємну вниз(на кут 90є), підйомний стіл піднімає стрічковий конвеєр, який приймає стрижень, протягнутий із рухомої половини стрижневого ящика. Після опускання підйомного столу конвеєр виносить стрижень за край машини на прийомний лоток. Визолена від стрижня рухома половина стрижневого ящика механізмом збирання повертається у положення зборки (поворот на 90є) де підводиться до його нерухомої половини, залишаючи зазор, необхідний для обдуву та обприскування стрижневого ящика. Після спрацювання механізму обдуву та обприскування стрижневий ящик збирають. Машина має пневмопривод та електричний нагрів оснащення.

2.16 Вибір режиму сушки та сушарок для форм і стрижнів

Форми та стрижні сушать з ціллю збільшення їх газопроникності, міцності, зменшення газотвірної властивості та збільшення якості виливків. Режим сушіння стрижнів та форм встановлюють для різноманітних груп стрижнів та форм досліджувальним шляхом.

Форми для виливка провушина виготовляються по-сирому, а стрижні - із ГТС, які зміцнюються в контакті із оснасткою і теплового сушіння не потребують.

2.17 Розрахунок кріплення напівформ

Розплав, що заповнює порожнину форми, чинить тиск на всі боки. Стінки форми повинні протистояти тиску розплаву. Верхня напівформа повинна бути притиснута до нижньої з певним зусиллям, щоб розплав не підвів її і не відбувся вихід металу по розніманню. Кріплення форм на автоматичній ливарній лінії проводиться навантаженням форм перед заливкою.

Сила, з якою рідкий метал прагне підняти верхню опоку, визначається за формулою

Р =9,8• К• [(F-F_ст)• Н• с+?V_ст• (с-с_ст)]• n, (2.18)

де К - коефіцієнт, який враховує динамічний удар; залежить від металоємності форми та дорівнює 1,3-1,5;

F - площа проекції виливка на верхню напівформу, дм²;

F_ст - площа проекції внутрішніх стрижнів, дм²;

Н - напір розплаву, дм; Н=2,375дм;

с - щільність рідкого металу, кг/дм³; с=7,2 кг/дм³;

?V_ст - сумарний об'єм стрижнів у виливку, дм³;

С_ст - щільність стрижнів, кг/дм³; с_ст=1,6 кг/дм³;

n - кількість виливків у формі, шт.

Тоді

Р =9,8• 1,3• [((2,08•1-0,55•0,64-0,7•1) •2,375•7,2+(0,453+0,454) •(7,2-1,6)]•4 =1154 Н

Масу верхньої напівформи знаходимо за формулою

G_внп = 9,8? (G_оп + G_см), (2.19)

де G_оп - маса верхньої опоки, кг; G_оп = 385 кг;

G_см - маса формувальної суміші у верхній напівформі, кг.

Масу формувальної суміші визначаємо за формулою

G_см = 9 ? 6? 2,5 ? 1,6 = 216 кг

G_внф = 9,8? (385+216) = 5889,8 Н

Маса верхньої напівформи G_веп= 5889,8 Н більше піднімальної сили Р=1154 Н, тому напівформи не скріплюються й не навантажуються.



2.18 Вибір плавильного агрегату, розрахунок шихти

2.18.1 Вибір плавильного агрегату

Виливок Провушина виготовляється зі сталі 35Л ГОСТ 977-88, хімічний склад якої наведений в таблиці 2.11, а механічні властивості - у таблиці 2.12.

Таблиця 2.11 - Хімічний склад сталі 35Л

Марка сталі	Вміст елементів, %
	C	Mn	Si	S	P
35Л	0,32-0,40	0,45-0,90	0,20-0,52	не більше 0,06	не більше 0,06

Таблиця 2.12 - Механічні властивості сталі 35Л

Марка сталі	Межа текучості, МПа	Тимчасовий опір, МПа	Відносне подовження, %	Відносне звуження, %	Твердість, НВ
35Л	275	491	15	25	137-166

Сталь 35Л належить до середньовуглецевих, має такі характеристики: корозійна стійкість низька, рідкоплинність задовільна, не схильна до утворення холодних і гарячих тріщин, зварюваність задовільна. Сталь 35Л використовується як матеріал для деталей, що працюють при вібраційному й ударному навантаженнях.

Найбільш простим і зручним в обслуговуванні сталеливарним агрегатом для плавки звичайних вуглецевих сталей є кисла дугова електропіч, що має наступні переваги: більша маневреність і швидкість плавкі, невеликі капітальні витрати.

При кислому процесі не можна повністю видалити S і Р, тому для плавки використають тільки чисті за вмістом S і Р шихтові матеріали, але економічність цього процесу вище, ніж в основного: в два рази більше стійкість футеровки, тривалість плавки на 20-25% менше, на 10-15% нижче витрати електроенергії. Сталь краще розкислюється.

Для виготовлення виливка Важіль застосовуємо кислий процес електродугової плавки в печі ДСП12.

Таблиця 2.13 - Технічна характеристика печі ДСП12

Параметр	Значення параметра
Номінальна садка, т	12
Потужність трансформатора, МВА	8
Питома витрата електроенергії, кВт•год/т	470
Річна продуктивність, т/рік, при роботі: двохзмінній трьохзмінній	13000 19300
Тривалість плавки, год.	3,6

2.18.2 Розрахунок шихти

Для забезпечення заданого хімічного складу й кількості виплавленої сталі розраховуємо шихту на 100 кг металевої завалки з урахуванням вигару елементів при плавці. За даними ВАТ «Дружківський машинобудівний завод» приймаємо шихту наступного складу:

Таблиця 2.11 - Склад шихти

Склад шихти	%	Хімічний склад, %
		C	Mn	Si
Чавун переробний	4	4,0	0,3	0,7
Повернення власного виробництва	42	0,35	0,65	0,35
Сталевий брухт	54	0,35	0,65	0,35
УСЬОГО	100

Розрахунок шихти за вуглецем.

Шихтовка за вуглецем виробляється з розрахунку одержання в розплаві на 0,10-0,20% С вище за нижню задану межу. Такий вміст С забезпечує належну тривалість кипіння ванни й задану швидкість вигорання С. Таким чином, у розплаві вуглецю повинно міститись 0,32+0,2=0,52% або 0,52 кг на 100 кг шихти.

Вуглецю з шихтою вноситься:

- з чавуном переробним 4 · 4,0 : 100 = 0,16 кг;

- з поверненням власного виробництва 42 · 0,35 : 100 = 0,15 кг;

- зі сталевим брухтом 54 · 0,35 : 100 = 0,19 кг.

Разом: 0,5 кг.

Відсутня кількість вуглецю 0,52 - 0,5= 0,02 кг вноситься в шихту електродним боєм, у якому міститься 86% вуглецю. Засвоюваність С з електродного бою становить 70%, тоді в шихту необхідно внести електродного бою 0,02 : 0,86 • 0,7=0,02 кг.

Розрахунок шихти за марганцем.

Із шихтою марганцю вноситься:

- з чавуном переробним 4 · 0,3 : 100 = 0,012 кг;

- з поверненням власного виробництва 42 · 0,65 : 100 = 0,27 кг;

- зі сталевим брухтом 54 · 0,65 : 100 = 0,35 кг.

Разом: 0,632кг.

Вигар марганцю становить 0,05-0,10%, тоді в розплаві його залишиться 0,632•0,99=0,63 кг. Розчин повинен містити марганцю 0,632% або 0,632 кг на 100 кг шихти. Відсутня кількість марганцю 0,632-0,63=0,002кг уводиться в розплав 75% FeMn, якого знадобитися 0,002 : 0,75=0,003 кг.

Розрахунок шихти за кремнієм.

- з чавуном переробним 4 · 0,7 : 100 = 0,03кг;

- з поверненням власного виробництва 42 · 0,35 : 100 = 0,15 кг;

- зі сталевим брухтом 54 · 0,35 : 100 = 0,19 кг.

Разом: 0,37 кг.

Вигар кремнію становить 0,05-0,10%, тоді в розплаві його залишиться 0,37•0,99=0,366 кг. Розчин повинен містити кремнію 0,37% або 0,37 кг на 100 кг шихти. Відсутня кількість марганцю 0,37-0,366=0,004 кг уводиться розплав за 10хв до випуску плавки 45% FeSi, якого знадобиться 0,004 : 0,45=0,009 кг.

Внаслідок розрахунку на завалку в піч ДСП12 необхідно:

? чавун переробний 4 · 12000 : 100 = 480 кг;

? повернення власного виробництва 42 · 12000 : 100 = 5040 кг;

? сталевий брухт 54 · 12000 : 100 = 6480 кг;

? електродний бій 0,02 · 12000 : 100 = 2,4 кг;

? FeMn 0,003 · 12000 : 100 = 0,36 кг;

? FeSi 0,009 · 12000 : 100 = 1,08 кг.

Разом: 12003,84 кг.

2.19 Визначення часу витримки виливка у формі, засобу вибивання, очищення й обрубки виливків

Час охолодження виливків у формі перед їх вибиванням необхідний для забезпечення повного затвердіння розплаву, виключення створення декотрих усадкових дефектів, одержання необхідної структури металу виливків.

Зібрані форми заливають на даній лінії рідким металом - сталлю 35Л. Температура заливання металу визначається за [9] і дорівнює для виготовлення дрібних виливків з вуглецевої сталі 1540-1580єС.

Після заливання форм, виливок охолоджується, твердіє і далі охолоджується разом з формою для забезпечення його нормальних фізико-механічних властивостей.

Спосіб вибивання форм і режим вибивання, а також устаткування визначається складом автоматичної лінії 8ІФЛ, час охолодження становить 45 хвилин у режимі роботи лінії. Згідно даним [9] час охолодження виливків з вуглецевої сталі масою до 100 кг становить 0,5-2 години.

Для вибивання виливка Важіль приймаємо установу, що входить у структуру потокової лінії й уявляє собою гідравлічний прес для видавлювання кому з форми й одновальні вібраційні ексцентрикові гратку моделі 31211.

Технічна характеристика одновальних вібраційних ексцентрикових грат моделлю 31211. наведена у таблиці 2.14.

Таблиця 2.14 -Технічна характеристика інерційної вибивної гратки моделі 31211

Найменування параметра, розмірність	Величина параметра
Вантажопіднімальність, т	1,0
Розміри робочого полотна, мм довжина ширина	1250 1000
Розміри осередку решітки, мм довжина ширина	170 60
Розміри пружин - амортизаторів, мм Зовнішній діаметр висота	90 196
Число секцій робочих полотен, шт	2
Частота коливань, об-1	1420
Амплітуда коливань, мм	1,6
Встановлена потужність, кВт	2,2
Габаритні розміри граток, мм довжина ширина висота	1600 1270 675
Маса, кг	1150

Найбільш високопродуктивним, простим і дешевим методом видалення ливникової системи і приливків є киснево-ацетиленове різання. Ливникова система у дрібних виливків масою до 15 кг видаляється на гідравлічних пресах. Обрубування виливків проводиться пневматичними рубильними молотками. З їх допомогою видаляють залишки живильників, заливи по роз'єму і знаковим частинам, наплави.

Для чищення виливків вибираємо дробеметний барабан неперервної дії моделі 42313. Технічна характеристика барабана наведена у таблиці 1.15

Таблиця 1.15 - Технічна характеристика очисного дробометного барабана

Найменування параметру	Величина параметру
Маса виливків, що очищають	40
Продуктивність при очисці виливків з сірого чавуну	10
Установлена потужість, кВт	148
Габаритні розміри, мм
Довжина	8370
Ширина	5800
висота	8490

Зачищення проводиться на стаціонарних обдирно-шліфувальних верстатах моделі 3М636.

2.19 Визначення режиму термічної обробки виливків

Виливки після твердіння мають грубозернисту структуру і внутрішню напругу, а також нерівномірні в різних частинах виливка або низькі механічні властивості.

Термообробка полягає в нагріві виливка до певної температури, деякої витримки при цій температурі протягом певного часу і подальшого охолоджування.

Виливок Провушина виготовляється із сталі 35 Л, за технічними умовами проходить нормалізацію для одержання більш однорідної дрібнозернистої структури.

При нормалізації проводиться нагрів до 800-900^оС, витримка при цій температурі 2-3 години і охолоджування на повітрі [11]. Термообробка проводиться в термічній печі прохідного типу штовхальної дії.

2.20 Контроль якості виливків, виправлення дефектів

Підставою для контролю якості готових виливків служать ГОСТ, технічні умови, що діють, креслення на виливок з конструктивними і технологічними вимогами до них. Контроль якості виливків в ливарному цеху включає зовнішній огляд, перевірку розмірів виливків, контроль маси виливків, виготовлення пробних виливків і спеціальні методи контролю і випробування.

Зовнішній огляд проводиться для виявлення видимих поверхневих дефектів виливка. Перевірку розмірів (при необхідності) проводять за допомогою різних міріючих інструментів і приладів, для контролю розмірів іноді застосовують шаблони.

Безперервно проводиться контроль хімічного складу сплаву (у лабораторії цеху, ЦЗЛ). Контроль структури і властивостей проводиться вибірково для коректування техпроцесу.

За станом якості виливки розділяють на три групи: - придатні виливки; браковані виливки (остаточний брак); виливки з поправними дефектами.

Виливки з поправним браком піддаються різним методам виправлення дефектів: заварка, шпаклівка. Контроль якості виливка Провушина здійснюється в процесі виробництва відділом ВТК.

Непоправний брак прямує на переплавлення.

Значна частка браку виникає із-за неякісного виконання операцій виготовлення ливарних форм. При виготовленні виливка Провушина зустрічаються наступні види дефектів :

- пригар; спосіб попередження: застосування якісних формувальних матеріалів і дотримання технології.

- усадкові раковини; необхідно створення спрямованого затвердіння виливка.

- газові раковини; необхідно збільшити газопроникність форм і стрижнів, і виключити насичення розплаву газами.

2.21 Визначення норм часу й розрядів на виготовлення виливка

Розрахунки виробничої потужності спираються на норми витрат часу при виконанні окремих робіт. Для ливарних робіт технічні норми часу установлюються при дотриманні наступних умов: кваліфікація робітника відповідає роботі, яку він виконує; ливарні моделі й належні інструменти виготовлені; у розпорядженні є транспортні та механічні засоби; забезпечено своєчасне обслуговування робочого місця.

Норми часу і розряди робочих по професіях, зайнятих виготовленням виливка Провушина приймаємо згідно даних базового підприємства ВАТ «Дружківський машинобудівний завод». Вони наведені в таблиці 2.16

Таблиця 2.16 - Норми часу, розряди на виготовлення одного виливка

Технологічна операція	Професія робочих	Розряд	Норма часу
1	2	3	4
Приготування фор-мувальної суміші	Землероб	3	0,24625
Приготування стрижневої суміші	Землероб	2	0,0305
Машинне формування	Формувальник	4	0,097
Машинне виго-товлення стрижнів	Стриженщик	3	0,09420
Плавка в електропечі	Сталевар, підручний сталевара	5,3	0,09690
Вибивання виливків	Вибивальник	3	0,01634
Транспортування	Транспортувальник	2	0,02843
Обрубка виливків	Обрубувач	4	0,04552
Очищення виливків	Чистильник	4	0,09483
Нормалізація	Терміст	3	0,01112
Усього			0,76109

Для виготовлення виливка знадобиться робочих: 5 розряду - 1; 4 розряду - 4; 3 розряду - 5; 2 розряду - 2/ Усього: 12 чоловік.

Размещено на Allbest.ru