1. Выбор положения отливки в форме

Положение отливки в форме и разъем формы в значительной степени зависят от вида формы и принятого метода ее изготовления, размеров и очертаний отливки и от других причин.

Определяя положение отливки в форме и поверхности разъема формы, исходят из следующего:

1. При формовке в опоках общая высота формы должна быть по возможности меньше. Следовательно, отливки должны формоваться преимущественно горизонтально, если это обеспечивает их необходимое качество. С этой точки зрения длинные(высокие) отливки лучше располагать в форме горизонтально. Это уменьшит скорость движения сплава в литниковой системе и обеспечит плавное заполнение формы;

2. Положение отливок должно обеспечить спокойное заполнение формы расплавом, исключающее разрушение струей металла отдельных участков формы или стержней;

3. Выбранное положение отливки в форме должно обеспечить наиболее простое оформление литниковой системы;

4. Для отливок, имеющих внутренние полости, образуемые стержнями, выбранное положение должно обеспечивать возможность проверки размеров полости формы при сборке, а также надежное крепление стержней;

5. Следует выбирать такое положение при заливке, при котором расходуется меньше металла, труда и времени на изготовление форм, меньше потребность в площади, меньше объем работ по обрубке, механической обработке и изготовлению моделей.

6. Наиболее ответственные части отливок следует располагать в нижней части формы или, в крайнем случае, вертикально, что уменьшает дефекты по неметаллическим включениям, усадочным и газовым раковинам.

7. При подводе металла по разъему формы, горизонтальные тонкие стенки отливки следует располагать в нижней части формы, что обеспечивает лучшее заполнение формы и устраняет недолив и спай.

Вариант выбора положения отливки в форме должен быть согласован с условиями выбора поверхности разъема формы. Приведем некоторые возможные расположения данной отливки в форме (рис.1):

а) б)

в)

Рис.1. Варианты расположения детали в форме

Вариант предложенный на рис.1(б) не является оптимальным, хотя и выполняется условие о наименьшей высоте отливки, условие о преимущественно верхнем газоотводе из стержней. Но при выборе такого расположения отливки в форме появляется проблема, связанная с увеличением количества стержней, необходимых для изъятия модели из полуформы (эти стержни невозможно объединить в один, то есть нужно будет конструировать несколько стержневых ящиков - что будет не выгодно в условиях данного производства). При выборе варианта, предложенного на рис.1(в) у нас возникает множество проблем: не выполняется условии о наименьшей высоте отливки, условие о расположении плоских горизонтальных поверхностей (нужно их располагать снизу), а также нужно будет учитывать неудобство установки стержня. Вариант расположения детали, изображенный на рис.1(а), является более оптимальным, относительно представленных ранее, так как выполняется условие о наименьшей высоте отливки, а также такое расположение отливки способствует спокойному заполнению формы, которое препятствует разрушению струей металла отдельных участков формы и стержней. Количество используемых стержней сводится к минимуму.

1.1 Выбор поверхности разъема формы и модели

2.3 Определение степени точности поверхности

Степень точности поверхности является обобщенным показателем качества поверхности. Степень точности поверхности определяется по таблице 11 [3]. Она также как и класс размерной точности отливки зависит от вида технологического процесса, от наибольшего размера отливки и от типа сплава.

Наибольший габаритный размер -195мм, сплав -ТО чугун, литье в песчано-глинистые сырые формы с влажностью от 3,5 до 4,5%. По таблице, степень точности поверхности 12-19. Исходя из того, отливка простая (относится к 1 группе сложности), то необходимо принять меньшие значения (12-15), а, так как производство мелкосерийное, то надо принять большие значения (16-19), поэтому итоге принимаем средние значения. Степень точности поверхности 15.

2.4 Определение класса точности массы

2.5 Определение допуска смещения

Допуск смещения элемента отливки устанавливается по таблице 1 [3], по плоскости разъема в диаметральном выражении - равен разности предельных отклонений положений частей элемента отливки, формируемых в разных полуформах от номинального положения.

Допуск смещения отливки по плоскости разъема в диаметральном выражении устанавливают на уровне класса размерной точности отливки по номинальному размеру наиболее тонкой из стенок отливки, выходящих на разъем или пересекающих его.

Наиболее характерным отклонением расположения в отливках является смещение по плоскости разъема.

Т_см=D_max-D_min

Установим допуск смещения по таблице 1 [3], при классе размерной точности 11 и интервалом номинальных размеров 161-250 мм, получаем допуск смещения 5,6.

2.6 Определение ряда припусков

В зависимости от степени точности поверхности отливки можно определить возможность изготовления отливки с механической обработкой при существующем технологическом процессе, при этом вначале определяется ряд припусков по степени точности поверхности. Для обрабатываемых поверхностей определяем ряд припуска по таблице 14 [3] (т.к. отливка термообрабатываемая, то принимаем среднее значение) получили РП - 8.

В технических требованиях чертежа отливки или детали с нанесенными размерами отливки должны быть указаны нормы точности отливки. Их приводят в следующем порядке: класс размерной точности, степень коробления, степень точности поверхности, класс точности массы и допуск смещения отливки.

Точность отливки 11-- 15--11 См 5,6 ГОСТ 26645--85

Таблица 2 Определение допусков и припусков

2.7 Обоснование величины усадки

3. Определение конструкций и размеров знаков стержней

Литейными стержнями называют элементы литейной формы, изготавливаемые отдельно от полуформ по специальной (как правило) оснастке и предназначенные для получения в отливке отверстий и полостей, которые не могут быть получены от модели. Стержни, как правило, ставят в форму после сушки, чтобы увеличить их прочность и уменьшить газотворность.

Стержневые знаки служат для обеспечения правильного и надежного фиксирования стержня в форме и удаления из него газов во время заливки.

Стержни должны иметь прочность, чтобы противостоять воздействию металла, а также допускать их транспортировку. В процессе набивки стержневой смеси, в стержневые ящики закладывают металлические каркасы (проволочные для тонкостенных стержней, литые для толстостенных и проволочно-литые для разностенных), повышающие прочность стержня.

В стержнях должны быть сделаны газоотводные каналы с учетом свободного выхода газов через знаки (обычно верхние или боковые). Для изготовления стержней служат стержневые ящики. Газоотводные каналы выполняют с помощью удаляемых металлических стержней, металлических труб с просверленными отверстиями (которые служат одновременно и каркасами), фитилей, шнуров для сложных отливок. Хорошая вентиляция стержней снижает брак по газовым раковинам.

Точность изготовления отливок во многом определяется точностью установки стержней в форму, их фиксацией при сборке. Точность установки стержня обеспечивается конфигурацией и размерами знаков и соответствующими размерами знаковых частей модели и стержневого ящика.

Для удобства изготовления форм и стержней, а также сборки форм знаковые части моделей и стержневых ящиков имеют уклоны, между знаками формы и стержнем предусматриваются зазоры. Зазоры между знаковыми поверхностями формы и стержня (в зависимости от типа модельного комплекта и размера отливки) назначают для правильной установки стержня в форму. При очень малых размерах зазоров или при их отсутствии невозможно собрать форму без повреждений или нарушения точности. Слишком большие зазоры изменяют размеры отливок, на них появляются заливы металла в местах сопряжений стержня и формы, кроме того, облегчаются условия проникновения металла в газоотводные каналы стержня, что приводит к образованию газовых раковин в отливках.

Так как стержень будет устанавливаться в нижнюю полуформу горизонтально, то для его крепления в форме необходимо сделать клиновидный выступ, для образования гнезда в форме, в которой потом будем вставлять стержень. Исходя из габаритных размеров стержня, выбираем длину его знаковой части, но так как стержень имеет сложную конструкцию, то для более точного и прочного крепления стержня необходимо взять длину знака побольше. Выбираем также уклон знака, для придания ему клиновидной формы: угол в 7 градусов. Для более точного крепления стержня можно сконструировать боковые знаки, но эта операция увеличит сложность конструирования стержневого ящика и производства стержня. Поэтому в данных условиях будем делать стержень только с нижним знаком.

При конструировании стержней необходимо исходить из следующих основных положений:

1. Стержень должен оформлять поверхность отливки с заданной точностью; установка его в форму должна быть удобной, допускать просмотр и контроль размеров формы.

2. Конструкция стержня должна допускать изготовление его без особых затруднений, причем должна обеспечиваться возможность применения машинных способов изготовления.

3. Должно быть обеспечено свободное удаление газов, образующихся при заливке, и легкое удаление стержневой массы из отливки в период ее очистки.

4. Стержень должен обладать высокой податливостью и достаточной механической, термической и эрозионной стойкостью.

Схема расположения стержней, их размеры и размеры зазоров показаны в приложении. Примеры рисунков стержней приведены ниже.

Рис. 3. Горизонтальные и вертикальные стержни

3.1 Технология изготовления стержней.

Для изготовления стержней используются два типа технологий: с отверждением и упрочнением стержня вне оснастки или в оснастке. При традиционной технологии для упрочнения применяют конвективную сушку вне оснастки. При этом готовый стержень, имеющий низкую сырую прочность, деформируется на сушильной плите до и во время сушки, и размеры стержня в направлении, перпендикулярном сушильной плите, уменьшаются, а в параллельном -- увеличиваются. Это приводит к низкой геометрической и размерной точности стержней, а следовательно, и отливок.

Технология изготовления стержней, упрочнение которых происходит в оснастке, обеспечивает существенное повышение точности как стержней, так и соответственно точности отливок. Наибольшее распространение в крупносерийном и массовом производствах стержней получили прогрессивные технологии по нагреваемой и по холодной оснасткам. В этих технологиях отверждение стержней происходит в оснастке.[2]

По степени механизации производство стержней подразделяется на ручное и механизированное.

Ручное изготовление стержней

При ручном изготовлении стержней используются открытые разъемные и вытряхные стержневые ящики. Материалом для стержневых ящиков служит дерево.

Операции при ручном изготовлении стержней следующие: нанесение на поверхность ящика разделительных покрытий (графит, ликоподий); наполнение смесью ящика и ее уплотнение; срезание излишка смеси; выполнение искусственной вентиляции; наложение плоской или фигурной сушильной плиты на ящик (или на его половину для разъемного ящика) и поворот ящика с плитой на 180°; «расталкивание» стержня ударами по ящику деревянным молотком; снятие стержневого ящика и отправка его на сушильной плите в сушильную камеру.

Для уплотнения смеси используют плоскую трамбовку, а в случае крупных стержней -- пневмотрамбовку. Важной операцией при изготовлении стержней является их армирование металлическими каркасами для увеличения сырой прочности. Тип и размер каркаса выбирают в зависимости от сложности стержня, его габаритных размеров, конфигурации, расположения в форме.

Также важным моментом является обеспечение вентилями стержней для предотвращения образования газовых раковин, так как стержни, как правило, окружены металлом. С этой целью внутренние объемы средних и крупных массивных стержней заполняют шлаком, коксом, оборотной смесью с древесными опилками. При устройстве вентиляционных каналов следует учитывать, что горячие газы всегда движутся снизу вверх, через боковые отверстия газы выходят труднее.

Для изготовления данной детали необходимо установить один вертикальный стержень сложной формы. Для придания прочности в стержень устанавливается каркас. Так как стержень имеет малые габаритные размеры, то каркас будем изготавливать из проволочной арматуры. При установке арматуры необходимо соблюдать ряд условий: арматура не должна ухудшать податливость стержня, его вентиляцию, выбиваемость, а также не должна изменять размеры и конфигурацию при сушке и др. С этой целью арматуру укладывают на определенном расстоянии от поверхности стержня. В данном случае на расстоянии 10 - 15 мм . Каркас будем делать сварным , чтобы уменьшить затраты на производство в условии мелкосерийности.

Рис.4 Изображение сварного каркаса.

Для того, чтобы увеличить вывод газов из стерня в форму, обладающую большей газопроницаемостью, в стержне необходимо сделать вентиляционные каналы. Самый простой и поэтому дешевый способ устройства газоотводных каналов - наколы, осуществляемые вручную инструментом, который называется вентиляционной иглой. При выполнении каналов вентиляционной иглой следует следить, чтобы наколы на 10-15 мм не доходили до поверхности стержня, соприкасающейся с расплавом. По возможности основной газоотводный канал должен проходить по оси симметрии стержня, чтобы путь газов к этому каналу со всех частей стержня был одинаков. Для улучшения вывода газов сделаем также наколы под углом к основному газоотводному каналу, выходящие с боков нижнего знака.

3.2 Последовательность технологических операций при изготовлении стержней

Начальное заполнение смесью.

После того как поверхность ящика смажут смазкой его необходимо заполнить смесью на небольшой уровень, достаточный чтобы каркас не соприкасался с дном стержневого ящика.

Заполнение смесью.

Производится заполнение стержневого ящика смесью до тех по пока ящик не заполнится смесью полностью. Наколы изображены на чертеже в местах вывода газов. К стержневым смесям предъявляют более высокие требования, чем к формовочным в отношении прочности, газопроницаемости, газотворности, податливости, выбиваемости и огнеупорности, так как во время заливки и охлаждения металла в форме стержни в большей мере соприкасаются с металлом и интенсивнее прогреваются. Стержневые смеси выбирают в зависимости от конфигурации и размеров стержней, положения их в форме, заливаемого сплава и толщины стенки отливки. Стержневые смеси приготавливаются, как правило, из свежих материалов. Вспомогательные формовочные составы (краски, клеи, пасты) предназначены для улучшения качества Приведенные в таблице 1 сведения о составе и свойствах смесей являются средними ориентировочными. Эти данные могут уточняться в зависимости от конкретных производственных условий.

ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ

Извлечение стержня из стержневого ящика.

После отделки верхней плоскости стержня на стержневой ящик накладывают сушильную плиту с отверстиями. Стержневой ящик с закрепленной плитой кантуют на 180° машинным способом. Стенки и отъемные части при извлечении стержня слегка обстукивают киянкой. Отъемные части и стенки, извлеченные из стержня, протирают ветошью и вставляют по меткам в стержневую коробку или собирают.

Отделка стержня.

Отделку стержня выполняют после извлечения его из стержневого ящика. Тщательно заделывают выявленные неплотности, подрывы, поврежденные при извлечении части стержня, сквозные наколы.

Разработка конструкции стержневого ящика

Разработка конструкции стержневого ящика включает в себя:

Рабочий контур и рабочие размеры стержневого ящика определены контуром и размерами стержня на чертеже детали с технологическими указаниями. Дополнительно необходимо предусмотреть уклоны на вертикальных (по отношению к плоскости разъема) стенках. В чертеже указанны уклоны на стержне для более простого изъятия его из стержневого ящика.

Плоскость разъема стержневого ящика определяется исходя из конструкции стержня, способа его изготовления и возможности удаления из стержневого ящика. Выбрана вертикальная плоскость разъема, что обеспечивает более простое изъятие стержня из ящика без какого - либо брака. Плоскость разъема ящика выберем вертикальной, так чтобы плоскость сечения стержня этим разъемом была наибольшей. Для скрепления двух частей стержневого ящика предусмотрены скобы по его бокам.

Выбор направления заполнения ящика смесью зависит от принятого для данного ящика метода заполнения. Отверстие для заполнения стержневого ящика смесью должно иметь такие размеры и быть расположено относительно всей полости ящика так, чтобы выполнение газоотводных каналов в стержне не вызывали затруднений.

Рис. 5. Изображение стержня.

Технология изготовления стержневого ящика к модели подшипника состоит в следующем. Для стержневого ящика выбираем материал - сосну, так как у нее хорошая обрабатываемость, малая влагопоглощаемость, незначительная деформируемость, хорошая сопротивляемость загниванию, дешевизна. Из доски сосны, склеивая, собирают заготовку для основных частей ящика. Размеры каждой заготовки должны быть примерно следующими: толщина на 25--35 мм больше радиуса стержня, ширина на 80--100 мм больше диаметра, а длина равна длине стержня со знаками. Соединив половинки ящика при помощи шипов, кромки одной из сторон выстрагивают под угольник заподлицо к плоскости разъема, затем их разнимают и производят разметку по длине и ширине. После опиловки излишка древесины половинки ящика торцуют до заданного размера и застрагивают на них кромки второй долевой стороны. Затем размечают контур отверстия для стержня. Базой для разметки половинок служат плоскости разъема и выстроганные вначале под прямым углом кромки. Далее обрабатывают для получения точного ящика.

Стержневой ящик нужно делать таких размеров, чтобы он был не очень тяжелым, то есть удобным по перемещению и меньше материала уходило на его использование. Ящик делаем разъемным. Его соединяем с помощью скобы, так как это наиболее доступный и удобный способ соединения и крепления двух частей. Приспособления для крепления разъемных стержневых ящиков. Чтобы плотно и прочно соединить половинки стержневых ящиков при набивке стержневой смесью, применяют различные способы крепления. Например, для ящиков со средним габаритным размером до 600 мм применяют металлическое крепление со скобами, устанавливаемое на шурупах в месте разъема ящика:

Рис.6 1 -- скоба, 2 -- планка, 3 -- шуруп

Части стыкуются между собой с помощью шипов (Рис. 7).

Рис. 7.Пример разъемного соединения с помощью круглого шипа.

Есть и другие способы стыковки:

Рис.8.Дюбели для разъемных соединений в моделях и стержневых ящиках: а -- деревянный круглый (шип), б -- деревянный прямоугольный, в -- металлический фланцевый, г -- металлический вставной; 1 -- штырь, 2 -- верхний фланец, 3 -- нижний фланец, 4 -- шуруп, б -- втулка

Рис. 9. Изображение стержневого ящика.

Изображаем стержневой ящик для одного стержня, но лучше делать для нескольких, ведь это экономит время изготовления отливок.

4. Модельная плита

Модельные плиты можно классифицировать по масштабу производства, условиям и виду формовки, по циклу производства на машинах, по конструкции, по характеру монтажа моделей, по материалу [1].

При конструировании модельных плит необходимо учитывать масштаб производства отливок, габаритные размеры полуформы, вид и условия формовки, конструктивные особенности и необходимые размеры формовочных машин. Модельные плиты для ручной формовки единичного производства представляют собой простые деревянные щитки необходимых размеров.

Нормальные размеры опок представляют габаритами моделей, расположением литниковой системы и необходимыми расстояния между ними и стенками опок, а также между моделями и верхними и нижними кромками опок. Эти расстояния надо делать возможно меньше; однако они должны быть достаточными, чтобы обеспечить сопротивление формы продавливанию или прорыву ее металлом в полости разъема. Площадь опок должна быть максимально использована моделями.

Допустимые расстояния между моделями и элементами формы.

Для отливки весом7,67 кг:

Расстояние от верха модели до верха опоки -50 мм;

От низа модели до низа опоки - 50 мм;

От модели до стенок опоки - 40 мм;

От кромки стояка до стенки - 40 мм;

Между кромками моделей - 40 мм;

От кромки шлакоуловителя до кромки модели - 30 мм.

Моделями называют приспособления, предназначенные для получения в литейных формах полостей, конфигурация которых соответствует изготовляемым отливкам.

Для машинной формовки модели монтируют на специальных плитах, которые называют модельными плитами. Для серийного производства данной отливки используем одностороннюю модельную плиту (модель, расположенную только на одной верхней стороне, крепят к плите болтами).

Для данной отливки используем металлическую плиту и деревянную модель. Материал плиты - СЧ15, материал модели - сосна. Класс точности МК6 - дерево ГОСТ 3212-92. Для фиксирования опоки на плите используем два штыря: центрирующий, который предохраняет опоку от смещений в горизонтальном направлении, и направляющий, предохраняющий опоку от смещений относительно поперечной оси плиты.

Модель фиксируется на плите с помощью штифтов.

Габаритные размеры модельной плиты 800Х600, что хватает для установки 6 моделей с соблюдением всех возможных допустимых расстояний, установкой литниковой системы.

Рис.4.Модельная плита

5. Назначение литниковой системы