Значение литейного производства в народном хозяйстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/e

Содержание

Введение

1. Анализ конструкции литой детали

2. Выбор материала отливки

3. Обоснование способа получения отливки

4. Оценка технологичности литой детали. Определение группы сложности

5. Выбор положения отливки в форме

6. Число и конструкция стержней

7. Определение количества отливок в форме. Определение размеров опок

8. Назначение припусков на механическую обработку, определение формовочных уклонов

9. Выбор типа литниково-питающей системы. Расчет всех элементов ЛПС

10. Разработка конструкции модельной оснастки. Конструкция стержневого ящика

11. Технологический процесс изготовления форм и стержней

12. Метод изготовления форм и стержней. Выбор технологического оборудования

13. Состав формовочных и стержневых смесей, свойства смесей

14. Приготовление формовочных и стержневых смесей

15. Упрочнение форм и стержней

16. Заливка форм: определение температуры заливки; выбор ковша

17. Расчет продолжительности затвердевания и выдержки отливки в форме

18. Заключительные операции

19. Контроль качества отливок

Список литературы

Введение

Значение литейного производства в народном хозяйстве чрезвычайно велико; почти все машины и приборы имеют литейные детали.

Литье является одним из старейших способов, которым еще в древности пользовались для производства металлических изделий: в начале из меди и бронзы, а затем из чугуна, а позже из стали и других сплавов.

Основными процессами литейного производства являются: плавка металла, изготовление форм, заливка металла и охлаждение, выбивка, очистка, обрубка отливок, термическая обработка и контроль качества обработки.

Основной способ изготовления отливок - литье в песчаные формы, в который получают около 80% отливок. Однако точность и шероховатость поверхности отливок, полученных в песчаных формах, во многих случаях не удовлетворяют требованиям современного машиностроения.

Литейное производство позволяет получить заготовки сложной конфигурации с минимальными припусками на обработку резанием и с хорошими механическими свойствами. Технологический процесс изготовления механизирован и автоматизирован, что снижает стоимость литых заготовок. Достижения современной науки во многих случаях позволяют коренным образом изменить технологический процесс, резко увеличить новые высокопроизводительные машины и автоматы. Что в конечном счете помогает улучшить качество продукции и повысить эффективность производства

.1. Анализ конструкции литой детали

Деталь «Рычаг» представляет собой цилиндр, от боковой поверхности которого отходят две «полочки», заканчивающиеся скруглением радиусом 55 мм, с другой стороны два выступа, скругленные радиусом 40мм. Цилиндр имеет сквозное отверстие диаметром 120 мм. Толщина «полочек» составляет 25 мм, расстояние между ними 110 мм. На «полочках» имеются отверстия диаметром 40 мм - на верхней, и диаметром 55 мм - на нижней, расположенные симметрично. На выступах имеется по 2 отверстия диаметром 35мм, расстояние между которыми 90 мм. Расстояние между выступами 10 мм. Габаритные размеры детали 455Ч200Ч180 мм. Литая деталь «Рычаг» представлена на рисунке 1.

Литая деталь «Рычаг»

Рис. 1.

2. Выбор материала отливки

Литая деталь «Рычаг» при работе подвергается средним статическим и динамическим нагрузкам, поэтому целесообразно изготовить ее из нелегированной конструкционной стали 35Л, подвергаемой термообработке: нормализация 860-880 ?С, отпуск 600-630 ?С. Данная сталь обладает следующими свойствами:

Технологические свойства:

Свариваемость - ограниченно свариваемая, рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Склонность к отпускной способности - не склонна;

Флокеночувствительность - не чувствительна.

Механические свойства:

Предел прочности ув = 500 МПа

Предел текучести ут = 275 „M„P„p.

Ударная вязкость KCU - 343 кДж/см²

Относительное сужение - 25 %

Относительное удлинение - 15 %.

Химический состав представлен в табл. 1.

Таблица 1 - Химический состав стали марки 35Л по ГОСТ 977-88

Состав, % (Fe-основа)	Примеси, не более, %
C	Si	Mn	Ni, Не более	S	P
0,32-0,40	0,2-0,52	0,45-0,90	0,3	0,040	0,040

3. Обоснование способа получения отливки

При выборе способа получения отливки необходимо соотносить возможности каждого способа литья и требования, предъявляемые к литому изделию: размерная точность, шероховатость поверхности, механические и эксплуатационные свойства, структура отливки, допустимые дефекты.

Литое изделие "Рычаг" имеет массу 47 кг и габаритные размеры 455200Ч180 мм. Требуемая размерная точность - 14 квалитет, чистота поверхности - R_a 20 мкм.

Данные требования могут быть обеспечены следующими способами литья: литьем в кокиль, литьем в керамические формы, литьем по выплавляемым моделям, литьем в песчано-глинистые формы. Однако нецелесообразно получать данные отливки литьем в кокиль из-за относительно низкой стойкости кокилей. Литьем в керамические формы и литьем по выплавляемым моделям можно получать сложные отливки практически из любых сплавов. При этом достигается высокая геометрическая и размерная точность изделия, чистая поверхность при минимальных припусках на механическую обработку. Однако изготовление отливки "Рычаг" в керамической форме и ЛВМ приведет к повышенному расходу формовочных материалов, что, в свою очередь, приведет к повышению затрат на производство и, следовательно, к повышению себестоимости литья. Благодаря низкой себестоимости, универсальности процесса, быстрой подготовке производства, а также в силу того, что к отливке не предъявляются особые технологические требования и вследствие высокой шероховатости поверхности R_a 20 мкм, рационально выбрать гравитационное литье в песчано-глинистые формы.

4. Оценка технологичности литой детали. Определение группы сложности

Технологичной называют такую конструкцию изделия или со-
ставных ее элементов (деталей, узлов, механизмов), которая
обеспечивает заданные эксплуатационные свойства продукции и
позволяет при данной серийности изготовлять ее с наименьшими
затратами.

Основными показателями, позволяющими оценить технологичность конструкции отливок, являются:

коэффициент использования материала (КИМ)

КИМ = (1)

где - масса готовой детали, кг;

- масса металла, расходуемого для получения одной литой заготовки, кг.

На начальных стадиях проектирования

=(1,1 - 1,4)n (2)

=1,2Ч1Ч47=56,4 кг

КИМ == 83%

- коэффициент необрабатываемых поверхностей (КНП)

КНП= (3)

где - площадь необрабатываемых поверхностей, м²;

- площадь поверхностей всей отливки, м².

КНП = = 26%

Кроме этих показателей для количественной оценки технологичности конструкции отливки используются следующие критерии:

- коэффициент конструктивной сложности

0 ? ? 1

Если =1, то отливка имеет идеальную технологически рациональную конструкцию.

Если =0, то отливка имеет абсолютно технологически нерациональную конструкцию.

Для отливки, вписывающейся в габаритный параллелепипед:

= (4)

где - приведенная толщина отливки, м.

(5)

- объем отливки, м³;

- площадь поверхности отливки, м²;

- масса отливки, кг;

- плотность материала отливки, кг/ м³;

A, B, C - наибольший, средний и наименьший размеры габаритного параллелепипеда, м.

Подставив уравнение (5) в уравнение (4), получим:

=

коэффициент габаритности

(6)

Где - объем габаритного тела описанного по габаритным размерам отливки, ;

- масса отливки, кг.

Чем меньше коэффициент габаритности, тем технологически рациональнее конструкция отливки.

K_V =

-коэффициент точности обработки

К_т.ч = 1 - (7)

где IT_ср - средний квалитет точности обработки

IT_ср =У(IT_i Чn_i)/n_У (8)

где IT_i - квалитет точности;

n_i - количество размеров, имеющих точность соответствующего квалитета;

n_У - общее количество принятых во внимание размеров детали.

-коэффициент шероховатости поверхности

К_ш = 1- (9)

где R_аср - среднее числовое значение параметра шероховатости поверхности для всех обрабатываемых поверхностей, мкм.

R_{а ср}= У(R_aiЧm_i)m_У (10)

где R_ai - числовое значение параметра шероховатости поверхности, мкм;

m_i - количество поверхностей, имеющих соответствующую шероховатость;

m_У - общее количество, принятых во внимание поверхностей.

Значение коэффициентов точности обработки и шероховатости поверхности представлены в табл. 2.

Таблица 2 - Технологическая характеристика детали «Рычаг»

Поверхность оформления	Квалитет точности	Шероховатость поверхности Ra, мкм
	IT6	IT7	IT9	IT14	5	10	20
Диаметр
200	-	-	-	14	-	-	20
120	-	-	9	-	5	-	-
55	-	7	-	-	5	-	-
40	-	7	-	-	-	-	20
35	-	-	-	14	-	-	20
12	6	-	-	-	-	-	20
Линейный размер
250	-	-	-	14	-	-	20
180	-	-	-	14	-	-	20
170	-	-	-	14	-	-	20
160	-	-	-	14	-	-	20
129,4	-	-	-	14	-	10	-
110	-	-	-	14	5	-	-
75	-	-	-	14	-	-	20
45	-	-	-	14	-	-	20
32	-	-	-	14	5	-	-
25	-	-	-	14	-	-	20
Фаска
3Ч45?	-	-	-	14	-	-	20
1Ч45?	-	-	-	14	-	-	20
Итого:
n, m	1	2	1	14	4	1	13
ITi Чni	6	14	9	196	-	-	-
RaiЧmi	-	-	-	-	20	10	260
	ITср =12,5	Rа ср=15,56
	Кт.ч =0,92	Кш =0,94

Группа сложности отливок, изготовляемых литьем в ПГФ, определяется по десяти классификационным признакам. Анализ данных признаков приведен в табл.3.

Таблица 3 - Группа сложности отливки

Основные признаки сложности	Группы сложности
1) Конфигурация поверхности	4
2) По массе	1
3) По максимальному габаритному размеру	1
4) По толщине основных стенок	2
5) Характеристика выступов, рёбер, углублений, отверстий	3
6) Кол-во отъемных частей модели	1
7) Кол-во стержней в форме	1
8) Х-ка мех. обработки литой детали и наличие требований по шероховатости обработки поверхностей	3
9) Группа по назначению	2
10) Особые технические требования	1

По совокупности представленных в табл.3 классификационных признаков групп сложности, можно сделать вывод, что данная конструкция отливки относится к 1 группе сложности.

5. Выбор положения отливки в форме

При выборе положения отливки в форме во время заливки и затвердевания основными правилами являются обеспечение хорошего питания и получение отливки без усадочных и газовых раковин.

Положение отливки в форме зависит от требований, которые предъявляются к отливке по плотности металла и шероховатости поверхностей. У данной отливке L/B>1, характеризуется своей протяжённостью по сравнению к ширине, имеет плоскую поверхность, исходя из этого целесообразно использовать форму с горизонтальным разъёмом.

Поскольку деталь имеет поднутрение, оформляемое стержнем, располагаем деталь в двух полуформах с плоским разъемом. Форма в сборе представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Форма в сборе

6. Число и конструкция стержней

Отверстие и поднутрение оформляются стержнями. Конструкция и размеры стержня 1 представлены на рисунке 3. Данный стержень по степени сложности относится к 4 классу сложности - стержни, имеющие несложную форму с относительно большими стержневыми знаками, применяются для оформления обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей. Для исключения всплытия стержня при заливке, он имеет усиленный стержневой знак. Конструкция стержня представлена на рисунке 3.

литниковый уклон стержень отливка



Рис. 3. Стержень

7. Определение количества отливок в форме. Определение размеров опок

Учитывая габаритные размеры, а также конфигурацию отливки, принимаем количество отливок в форме равное 2 шт.

Чтобы расположить модель в опоках, нужно предусмотреть место для литниковой системы, а также определить расстояния между моделью и опокой, моделью и литниковой системой.

Расстояние от модели или литниковой системы до боковой стенки опоки для средних отливок составляет 100 мм, слой смеси над моделью - 100мм, расстояние от нижнего знака стержня до низа опоки - 80 мм.

Согласно ГОСТ 15496-91 принимаем 2 опоки 0264-0118 АЛ с размерами в свету 800Ч700Ч250 из алюминиевого сплава.

Исходя из выбранной опоки, согласно ГОСТ 20094-74, принимаем модельную плиту 0280-0303/001.



8. Назначение припусков на механическую обработку, определение формовочных уклонов

Для того чтобы определить припуски на обработку, необходимо определить нормы точности отливки. В табл. 4 представлены нормы точности отливки.

Таблица 4 - Нормы точности отливки

Параметр	Диапазоны и принятые значения
Класс размерной точности	(11т -14)12
Степень коробления элементов отливки	(4-7)6
Степень точности поверхностей отливки	(15-20)18
Класс точности массы отливки	(9-16)13
Допуск смещения по плоскости разъема формы в диаметральном выражении, мм	5
Шероховатость поверхности отливки, мкм	100,0
Ряд припусков на обработку	(9-12)11
Уровень точности обработки	Средний
Допуск неровностей поверхности, мкм	±2,4
Допуск массы отливки, %	±24%

Допуск размера отливки выбирается в зависимости от номинальных размеров отливки в соответствии с выбранным классом размерной точности, а так же в зависимости от расположения элемента отливки в литейной форме. Припуски на механическую обработку определяем в соответствии с ГОСТ 26645-85 (табл. 5). По ГОСТ 3212-92 принимаем формовочные уклоны для металлических моделей 0?45'



Таблица 5 - Припуски на механическую обработку

Последовательность назначения	Обрабатываемые резанием поверхности отливки
	А	В	С	D	E
Номинальный размер от базы до обрабатываемой поверхности, мм	Ш 120	180	160	110	25
Вид размера ВР	1	2	1	2	2
Класс точности размера КР	11	12	11	12	12
Допуск размера отливки	5	7	5	6,4	4
Допуск формы поверхности (от коробления): ном. размер нормируемого участка, мм степень коробления элемента отливки СКэ допуск формы Тф, мм	120	180	160	110	25
	6	6	6	6	6
	0,4	0,64	0,5	0,4	0,4
Допуск смещения, вызванного перекосом стержня (п. 2.8 ГОСТ 26645-85): размер наиболее тонкой стенки, формируемой с участием стержня, мм класс точности размера КР допуск смещения Тсм, мм	40	-	-	-	-
	11	-	-	-	-
	3,6	-	-	-	-
Позиционный допуск: размер базовой поверхности, мм вид размера ВР класс точности размера КР допуски размеров от базы То, мм позиционный допуск Тпоз, мм	120	180	160	110	25
	1	2	1	2	2
	11	12	11	12	12
	±5	±7	±5	±6,4	±4
	2,5	3,5	2,5	3,2	1,6
Общий допуск То.общ, мм	6,7	7,9	5,6	7,2	4,3
Общий допуск при назначении припуска То.общ, мм	6,7	7,9	5,6	7,2	4,3
Вид механической обработки: Допуск размера детали от базы Тд. мм Отношение Тд/Тотл Отношение Тф.д/Тф.отл Вид окончательной механической обработки поверхности	±0,1	±1	±1	±0,87	±0,52
	0,02	0,14	0,2	0,14	0,13
	-	-	-	-	-
	Чистовая	Черновая	Черновая	Черновая	Черновая
Ряд припусков РП	11	11	11	11	11
Общий припуск Zoбщ, мм	4,8	6,5	5,6	6,5	4,4
Размер отливки, мм	115,2 Принимаем 115	186,5 Принимаем 187	165,6 Принимаем 166	103,5 Принимаем 103	29,4 Принимаем 30
Поле допуска	±6,7	±7,9	±5,6	±7,2	±4,3

9. Выбор типа литниково-питающей системы. Расчет всех элементов ЛПС

Принимаем боковую литниковую систему, обеспечивающую заполнение нижней части отливки сверху, а верхней части отливки - снизу, в результате чего она сочетает в себе преимущества верхней и нижней литниковой систем и смягчает их недостатки.

Расчет прибылей

По формуле И.Пржибыла проводим расчет прибылей:

(11)

где H - высота прибыли, дм;

D - толщина прибыли, дм;

V_п.y - объем части отливки, питаемой данной прибылью, дм³;

в - усадка сплава при затвердевании в интервале температур: температура литья - температура солидуса;

x - коэффициент "неэкономичности" прибыли равный отношению объёма прибыли к объёму сосредоточенной усадочной раковины;

N - коэффициент, учитывающий геометрические параметры прибыли.

Расчёт диаметра прибыли:

(12)

Отсюда D = 1,20 дм.

Принимаем прибыль: открытую, кольцевую, отрезаемую, которая обеспечит хорошее питание отливки и формирование усадочной раковины в прибыли. Питание «полочек» обеспечиваем технологической перемычкой диаметром 40 мм. Для отвода газов и питания нижней «полочки» принимаем питающий выпор диаметром 40 мм.

Расчет оптимальной продолжительности заполнения полости формы производится по формуле:

ф_опт=s₁₁, (13)

где s₁ - коэффициент продолжительности заливки, зависящий от рода сплава, температуры заливки, типа литниковой системы и т.д.

д - преобладающая толщина стенки отливки, мм;

Q₁ - норма расхода жидкого металла на одну форму, кг.

Q₁=(1,1-1,4)n·Q_отл, (14)

где n - количество отливок в форме,

Q_отл - масса жидкого сплава на одну отливку.

Q₁= 1,2·2·47=112,8 кг

ф_опт=1,4 .

Необходимо провести проверку на соответствие этой продолжительности условию полноценного заполнения полости формы. Для этого необходимо определить фактическую скорость подъема расплава в полости формы и сопоставить ее с минимально допустимой величиной скорости для данных конкретных условий литья на соответствие неравенству:

V_ф=H_отл/ф_опт ? V (15)

где Н_отл - высота полости формы от уровня нижней точки полости формы до уровня верхней точки отливки.

По Галдину Н.М. средняя величина минимальной допустимой скорости подъема рассчитывается исходя из неравенства:

V?

V_ф=28/20=1,4>0,27

Расчет площади лимитирующего сечения литниковой системы:

F_min= , (16)

где µ - коэффициент гидравлического сопротивления литниковой системы и формы,

с - плотность расплава, кг/м³,

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²,

H_p - расчетный средний металлостатический напор, м.

Н_р = Н₀ - р²/2с; Н_р = Н₀ - с/8 = 0,25 - 0,284/8 = 0,215 м.

F_min=м² = 12,46 см².

Лимитирующим является сечение питателя:

Следовательно:

Принимаем питатель трапециевидной формы (Рис. 4.) с размерами:

Питатель

а = 21 мм,

b = 18 мм,

h = 16 мм.

Кол. = 4 шт.

Рис. 4.

Принимаем шлакоуловитель трапециевидной формы (Рис. 5.). Исходя из полученных значений размеры шлакоуловителя составят:

Шлакоуловитель

а = 34 мм;

b = 38 мм;

h = 38 мм;

Кол. = 1 шт.

Рис. 5.



Принимаем стояк круглого сечения (Рис. 6.):

Стояк

Кол. = 1 шт.

D = 39 мм.

10. Разработка конструкции модельной оснастки. Конструкция стержневого ящика

Процесс производства моделей, стержневых ящиков и дру-гих элементов модельного комплекта независимо от рода вы-бранного материала является очень сложным, дорогим и тру-доемким.

Для серийного производства рациональнее выбирать металлические модельные комплекты, которые обладают рядом преимуществ по сравнению с деревянными - это долговечность, точность размеров, небольшая шероховатость рабочих поверхностей и отсутствие деформации [4].

Различные детали модельного комплекта изготовляют из различных сплавов. Для наиболее ответственных деталей, таких как модели и стержневые ящики, выбирают сплавы, обеспечивающие максимальную долговечность комплекта. Наиболее распространенными материалами моделей, предназначенных для получения песчано-глинистых форм, являются сплавы на основе алюминия и серые чугуны [4].

Модели и стержневые ящики из легких алюминиевых сплавов значительно облегчают условия труда. При тщательном уходе за алюминиевыми моделями по ним может быть получено до 40 тыс. форм [4].

Поэтому для изготовления модели выбираем алюминиевый сплав марки АК9 (сплав на основе Al-Si-Mg) по ГОСТ 1583-93. Учитывая габаритные размеры модели, изготовляем ее монолитной.

Формовочные уклоны для модели составляют 0?45' по ГОСТ 3212-92 (формовочные уклоны формообразующих поверхностей модельных комплектов, предназначенных для форм, твердеющих вне контакта с оснасткой). Размеры знаков должны быть увеличены против номинальных размеров на величину зазоров, предусмотренных чертежом собранной формы. Чертеж металлической модели, предусма-тривает увеличение ее размеров против размеров детали, для отливки которой она предназначается, на величину усадки сплава, из которого будет отливаться деталь. Учитывая усадку алюминиевых сплавов, увеличиваем размеры модели отливки и литниково-питающей системы на 1%.

Основной метод получения металлических заготовок моделей -- это литье в песчано-глинистые формы по деревянным моделям, которые принято называть промоделями, т. е. моделями для моделей. В отличие от обычных моделей промодель не имеет плоскости разъема. При определении размеров деревянной промодели учитыва-ют суммарную усадку сплава модели и сплава отливки. Разме-ры промодели должны включать припуски на механическую обработку поверхностей отливки, обозначенных на чертеже определенным классом чистоты, и припуски на обработку по-верхностей самих металлических моделей [4].

Монтаж моделей на подмодельных плитах осуществляют по разметке. На модель и плиту наносят разметочные риски. При наложении модели на плиту риски должны совмещаться. Затем просверливаются сквозные отверстия для фиксирующих штиф-тов. Разметку и нанесение рисок следует выполнять не произвольно, а принимая за базовую линию ось контрольного штыря каждой плиты. При монтаже моделей на плиты следует учитывать размеры и конструкцию опок [4].

Детали литниковой системы изготовляют отдельно и устанавливают после монтажа модели на плите в местах, предусмотренных чертежом модельной плиты для «верха» и «низа» [4].

Независимо от способа изготовления стержней ящики должны быть возможно легче. Размеры бортиков и конструкция ребер жесткости у стержневых ящиков зависят от толщины тела ящика. У стержневых ящиков, состоящих из двух или более частей, должно быть обеспечено точное взаимное фиксирование частей ящикаи взаимное крепление их между собой. Рациональной конструкцией является регулируемый штырь. Эта конструкция позволяет в процессе эксплуатации, по мере износа штыря и втулки, регулировать установку штыря по высоте, ликвидируя этим качку втулки на штыре. Скрепление отдельных частей стержневого ящика осуществляется с помощью особых затворов. Наиболее распространенными являются две конструкции: затвор с барашком и затвор со скобой. Преимуществом барашкового затвора является его легкий вес и простота изготовления, но его применение снижает производительность рабочего стерженщика, поскольку процесс завертывания и отвертывания барашков занимает много времени. Затворы со скобой удобны в эксплуатации, требуют мало времени на стягивание половин ящика и отбрасывание скобы после набивки ящика, но сравнительно сложны в изготовлении. Отдельные поверхности и части стержневого ящика подвержены усиленному износу. К ним относятся: плоскости набивки, вкладыши по контуру врезки в ящик, гнезда вкладышей и отдельные выступающие части ящика [6].

Для предупреждения износа плоскость набивки стержневого ящика покрываем стальной пластиной (броней). Конструкция стержневого ящика показана на рисунке 7.



Стержневой ящик

Рис.7.

11. Технологический процесс изготовления форм и стержней

12. Метод изготовления форм и стержней. Выбор технологического оборудования

Технологический процесс изготовления форм и стержней

Метод изготовления форм и стержней. Выбор технологического оборудования

Система альфа-сет - связующая смола холодного отверждения, использующая технологию, разработанную и запатентованную компанией Borden Chemical. Данная двухкомпонентная система позволяет улучшить экологические условия в литейном цехе и отливать детали повышенного качества [7].

Разработанные системы холодного отверждения Sinotherm® обеспечивают следующие преимущества при производстве литейных форм и стержней:

- Низкий уровень запаха при изготовлении смеси

- Возможность применения различных видов песка

- Низкий уровень химической токсичности

- Лёгкость извлечения из формы

- Возможность очистки оснастки водой (в неотверждённом состоянии)

- Равномерное застывание смеси по всему объему

Перечисленные преимущества системы обеспечивают улучшение окружающей среды, улучшение условий труда рабочих, уменьшение затрат на техническое обслуживание форм и увеличение производительности.

Сравнение системы альфа-сет с другими системами холодного отверждения приведены в табл. 6. Возможные дефекты отливок при использовании системы альфа-сет и других систем холодного отверждения приведены в табл. 7.

Таблица 6 - Сравнение системы альфа-сет с другими системами холодного отверждения

	Альфа-сет	Отверждаемые кислотой фурановые смолы	Фенольны е кислоты	Фенольно- уретановые	Алкидно- изоцианато вые	Силикатно- эфирные
Уровень запаха при смешивании	Очень низкий	Высокий	Высокий	Высокий	Умеренный	Очень низкий
Извлечение из формы	Отличное	Слабое	Слабое	Слабое/Уме ренное	Отличное	Хорошее
Возможность очистки водой	Есть	Частичная	Частична я	Нет	Нет	Есть
Соотношение рабочего времени к времени извлечения	30%	30-40%	50+%	25%	25%	25%
Воздействие температуры песка	Умеренное	Сильное	Сильное	Умеренное	Умеренное	Умеренное
Использование различных видов песка	Да	Нет	Нет	Нет	Да	Нет
Срок хранения стержня/ формы	Длительны й	Длительный	Длительн ый	Средний	Средний	Короткий
Возможность быстрого затвердевания смеси	Да	Да	Нет	Да	Нет	Нет
Возможность медленного затвердевания смеси	Да	Да	Да	Нет	Да	Да
Способность к регенерации	Высокая/ум еренная	Высокая	Высокая	Высокая	Высокая	Низкая



Таблица 7 - Образование возможных дефектов отливок при использовании альфа-сет и других систем холодного отверждения

	Альфа-сет	Отверждаемые кислотой фурановые смолы	Фенольные кислоты	Фенольно- уретановые	Алкидно- изоцианатовые	Силикатно- эфирные
Склонность к образованию ужимин	Низкая	Низкая	Низкая	Умеренная	Умеренная	Низкая
Склонность к просечкам	Низкая	Высокая	Высокая	Умеренная	Низкая	Низкая
Уровень газовых дефектов при литье	Низкий	Умеренный	Умеренный	Высокий	Высокий	Низкий

Уменьшение количества дефектов таких, как ужимины и просечки, - является главным преимуществом системы альфа-сет: химический состав системы позволяет связующему веществу абсорбировать первичное расширение песка при заливке перед заключительным отверждением. Благодаря низкому содержанию азота и отсутствию серы сводится к минимуму уровень сопутствующих газовых дефектов и обычно не требуется добавление оксида железа.

Преимущества системы альфа-сет в наибольшей степени проявляются в стальном литье, значительно улучшая качество отливок и снижая затраты на финишные операции. Связанные с расширением дефекты, присущие металлургии стали, значительно уменьшаются за счёт уникальных термоусадочных свойств системы.

Заметно снижаются или отсутствуют характерные для связующего вещества газовые дефекты, присущие всем стальным отливкам; система содержит малое количество азота, не содержит фосфорных соединений и серы, влияющих на образование газовых дефектов. В большинстве случаев отпадает необходимость в добавлении оксида железа.

Уменьшается науглероживание поверхности изделий из нержавеющей и легированной стали, что облегчает проблему соответствия требованиям к содержанию углерода на поверхности.

Для изготовления форм и стержней выбираем автоматическую формовочную линию фирмы FAT Автоматическая формовочная линия фирмы FAT

Линия включает несколько основных частей: высокопроизводительный смеситель непрерывного действия рукавного типа, вибростол, передаточные тележки, участок кантования, сушки, окраски и сборки форм, линия заливки и охлаждения, распределительное и управляющее устройство линии.

COMBIMIX- высокопроизводительные смесители непрерывного действия производства фирмы для формовочных и стержневых смесей на смоляном связующем. Подвод песка осуществляется из бункера смесителя через устройство пропорционального дозирования и дозирующий шнек в зону смешивания.

Преимущества смесителей фирмы FAT:

-Песок (смесь из свежего песка и регенерата) очищается от пыли непосредственно перед смешиванием в специальной камере очистки песка в псевдокипящем слое, что помогает сократить количество связующего до необходимого минимума. Для получения очищенного обеспыленного песка требуется больше времени, которое компенсируется коротким временем затвердевания (время реакции) и повышенной прочностью формы, при этом сокращен объем реагентных газов на выходе из смесителя.

-Очень малое количество отходов песка, так как после отключения смесителя вхолостую работает только зона смешивания, а зона кипящего слоя остается заполненной.

-Возможность нагрева песка в камере очистки до нужной для дальнейшей переработки температуры.

-Лопасти смешивания и очистки выполнены из твердосплавного металла, что предотвращает их дисбалансировку из-за износа. Кроме того, возможна замена отдельных лопастей.

-Перемешивающая и очищающая лопасти снабжены блокирующим приспособлением, что обеспечивает стабильность крепежа лопастей при очистке, возможна балансировка лопасти с шагом в 15°.

-Легкость замены внутренних оболочек рукава смесителя, выполненных из специальной стали.

-Внешние оболочки рукава открываются с обеих сторон, что обеспечивает легкий доступ для очистки смесителя. Угол открытия составляет 180°.

-В устройство управления смесителем стандартного исполнения интегрирован строчный дисплей для вывода сообщений о выполнении различных работ. Смеситель непрерывного действия

Вибростол встроен в систему рольгангов. Для виброуплотнения песчаных форм вибростол приподнимается пневматическим цилиндром. Все операции осуществляются через устройство управления смесителем. Вибростол имеет виброизоляцию, устанавливается на подрессоренную контропору с винтовыми нажимными пружинами на устойчивой опорной конструкции, оснащен устройством настройки частоты для вибростола с возможностью выбора частот, настройка осуществляется при помощи преобразователя частоты. Вибростол имеет решетчатое перекрытие и бак для отходов просыпей у вибростанции.

Передаточные тележки имеют колеса на шарикоподшипниках с обеих сторон с контактной колодкой для безопасного начала движения, электропитание и обмен контактами осуществляются через энергетическую цепь. Сверхгибкие кабели для энергетической цепи входят в объем поставки. Передаточные тележки полностью подключаются - вплоть до шкафа с клеммной коробкой.

Кантователь выполнен и установлен на 4 колонных опорах. Преимущество состоит в том, что песчаные формы меньшей прочности при съеме разделяются без эффекта кручения или перекоса. Держатель модельной плиты скрепляется в 4 местах гидравлическими скобами на нижней секции рольганга, которая оборудована гидравлическим цилиндром для подъема-опускания, кроме того, установлен виброагрегат для осуществления направленных колебаний как вспомогательный дополнительный элемент системы в процессе отделения полуформы от модельной плиты. Все необходимые контрольные и концевые выключатели встроены в автоматический рабочий механизм. Электрические кабели и гидравлические линии протянуты к поворотной установке опорной колонны и энергетической цепи. В объем поставки включена гидравлическая установка.

Система вентиляции включает вытяжной осевой вентилятор с защитой от искрения со штуцерами DN 250 для подключения к трубопроводу отработанного воздуха.

Сборщик форм для автоматической сборки песчаных форм состоит из подающей ленты (является накопительной между участком простановки стержней и сборщиком), приводной, центрирующей ленты и направляющих для выравнивания формы вдоль хода их движения, захватного устройства с двумя захватами (захватные пластины поворачиваются на 180°), подъемного устройства с захватом и встроенными весами, тележки для передвижения захватного устройства между позициями захвата и опускания, приводного рольганга на плавающих подшипниках для передвижения паллеты внутрь сборочной установки, стабильной стальной конструкции. Все операции контролируются с устанавливаемого рядом пульта управления. Все движения имеют гидравлическое управление, гидравлическая установка включается в объем поставки. Сборщик поставляется с полным проводным подключением - вплоть до клеммной коробки.

Линия заливки и охлаждения состоит из секции рольганга с приводными роликами, каждый ролик имеет цепной привод. Включает автоматические тележки с приводом движения и приводным рольгангом. передаточные Опорная конструкция изготовлена из стабильного профиля и снабжена ножками, регулируемыми по высоте [8].

13 Состав формовочных и стержневых смесей, свойства смесей

Система альфа-сет представляет собой двухкомпонентную жидкую систему связующих. Первый компонент, смола Sinotherm® - водорастворимый щелочной фенолформальдегидный полимер. Второй компонент - отверждающий реагент Aktivator®- смесь органических эфиров. Существует три отдельных серии реагентов Aktivator®. Каждая серия обеспечивает необходимое соотношение времени «работы/извлечения»; для обеспечения наибольшей прочности формовочной смеси необходимо использовать реагенты Aktivator® в определённых пропорциях. На выбор используемой серии реагентов влияет вид и свойства выбранной смолы, а также состав песка. Серия реагентов Aktivator® 200 предназначена для увеличения эффективности использования механически регенерированного песка. Реагенты данной серии не обладают преимуществами над реагентами других серий при работе с новым или регенерированным термическим путём песком.Существующие виды смол приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Стандартные характеристики смол, используемых в системе альфа-сет

Цвет	Sinotherm® 231	Sinotherm® 238
Вязкость, сСт	180 - 280	90 - 170
Удельный вес, г/см3	1,21 - 1,26	1,23 - 1, 25
Растворимость в воде	Неограниченно	Неограниченно
Сухой остаток, %
pH	>11	>12
Свободные формальдегиды, макс.	0,1	0,1
Точка воспламенения	>200°F	>200°F
Свободные фенолы, %	0,8 - 1,0	0,8 - 1,0
Азот, %	0	0
Срок хранения 90? F 75? F

Смолы Sinotherm® - высокощелочные фенольные резолы, и при обращении с ними необходимо придерживаться обычных мерпредосторожности при работе с химикалиями, включая использование защитных приспособлений, таких как перчатки и защитные маски.

Для изменения соотношения времени работы/извлечения применяются отвердители, приведенные в таблице 9.

Таблица 9 - Отвердители, применяемые в системе альфа-сет

Aktivator®	Приблизительное время извлечения* (мин)
500	3
700	5
900	11
1100	60
1300	100

Принимаем смолу Sinotherm® 231 и отвердитель Aktivator® 900 .

14. Приготовление формовочных и стержневых смесей

При использовании кварцевого песка расход смолы Sinotherm® составляет около 1-2% от массы песка. При использовании оливинового или мелкозернистого песка с угловатыми зёрнами расход смолы может возрасти.

Количество расходуемого эфирного отвердителя Aktivator® изменяется в зависимости от вида применяемых отвердителей, а также от марки смолы.

Нельзя произвольно изменять рекомендуемую пропорцию отвердителя к содержанию смолы, так как это может существенно повлиять на физические свойства стержней и качество отливки при использовании системы.

Как и для любой другой системы литейных связующих, качество смешивания двух компонентов является критичным для обеспечения оптимальной производительности системы. Смола Sinotherm® и отвердитель Aktivator® должны иметь тесный контакт и степень смешивания при перемешивании с песком. Нами было установлено, что в отдельных случаях некоторые смесители и/или условия в смесителях были не подходящими в связи с малым количеством используемого отвердителя. Для обеспечения достаточной дозировки и степени смешивания необходимо придать смоле Sinotherm® к моменту использования температуру, приблизительно равную комнатной.

При использовании смесителей непрерывного действия можно добавлять сначала как смолу, так и отвердитель; рекомендуется добавлять их к потоку песка как можно раньше. Время смешивания/перемешивания должно соответствовать «сроку хранения» системы, в противном случае смесь будет иметь недостаточные свойства.

15. Упрочнение форм и стержней

Система альфа-сет является системой «сплошного отверждения», то есть процесс отверждения происходит с одинаковой скоростью по всему объему стержня/формы. Если применяется твёрдая выбивка, наружная сторона формы также будет твёрдой. Это делает определение «времени извлечения» простым и последовательным.

Скорость реакции определяется видом используемого реагента Sinotherm®, а не его количеством. Всегда используйте то количество реагента, которое рекомендуется для данного вида отвердителя Aktivator®.

Система Sinotherm® подвержена влиянию температуры песка в меньшей степени, нежели другие органические системы связующих. Тем не менее, температура песка всё же влияет на степень реакции и на соотношение времени «работы/извлечения».

16. Заливка форм: определение температуры заливки; выбор ковша

Для получения всех контуров отливки в полном соответствии с конфигурацией модели заливаемая в литейные формы сталь должна обладать достаточной жидкотекучестью. При недостаточной жидкотекучести стали возможны образования недоливов, спаев, а также получение неровной поверхности стенок отливок. При изготовлении отливок из углеродистой стали разных марок чаще всего достаточно иметь перегрев стали на 30 - 60? С, чтобы обеспечить хорошую заполняемость литейных форм. Для стали 35Л температура заливки составит 1550 ± 5?С [3].

В сталефасонном производстве применяют два вида ковшей: чайниковые (а) и стопорные (б). Для заливки принимаем стопорный ковш емкостью 1т, с числом стопоров - 1.

Виды ковшей

Рис. 11.

17. Расчет продолжительности затвердевания и выдержки отливки в форме

Расчет продолжительности затвердевания и выдержки отливки в форме проводим по формуле Баландина:

, (17)

где R - приведённый размер отливки, м;

b₂ - коэффициент теплоаккумуляции формы, 25600 Вт с^1/2(м²К);

С₁', С₁, с₁', с₁ - соответственно теплоемкости, 701 и 470 Дж/(кг К), и плотности, 6900 и 7380 кг/м³, жидкого и твёрдого сплавов;

Т_зал, Т_л, Т_с, Т_выб, Т_ф - соответсвенно температуры заливки, ликвидуса, солидуса, выбивки, формы, К;

S_эф - эффективная теплота кристаллизации сплава, 87000 Дж/кг.

Подставляя значения в формулу, получим:

Рассчитанное значение времени полностью соответствует справочным данным [1].

18. Заключительные операции

После заливки и охлаждения металла отливку выбивают из формы. При этом отработанная смесь транспортируется на переработку в смесеприготовительное, а отливки -- в обрубное отделения. Для выбивки отливок из формы применяются специальные вибрационные решетки или коромысла. Для этого форму ставят на раму вибрационной решетки и включают двигатель. Вследствие вибрации решетки формовочная смесь разрушается и высыпается через ячейки на ленточный транспортер, идущий в смесеприготовительное отделение. Отливки при этом могут оставаться на решетке или проваливаться вниз, где попадают на специальный конвейер и транспортируются в обрубное отделение.

При выбивке отливок из опок иногда частично выбиваются стержни. Но в большинстве случаев стержни выбивают в обрубном отделении одновременно с очисткой литья в простых барабанах (при мелком литье) или в гидрокамерах (при среднем и крупном литье).

Выбитые из формы отливки имеют на своей поверхности слой пригоревшей формовочной смеси, от которой отливку очищают в специальных агрегатах. Во время очистки литья из отливок удаляются также внутренние стержни вместе с их арматурой, холодильниками и другими технологическими элементами формы. Наиболее широко применяются следующие способы очистки литья: в простых барабанах, дробеметная очистка, гидропескоструйная и ручная.

Принимаем очистку отливок в простых барабанах. Этот вид очистки имеет большие преимущества по сравнению с другими. При нем происходит выбивка сложных стержней, глубоких земляных выступов, отбивка заусенцев и всевозможных заливов, удаление которых при других способах очистки требует больших затрат труда. К тому же в барабане можно придать товарный вид отливкам с повышенным пригаром.

Основной недостаток простых барабанов -- большой шум, возникающий при их работе. Для уменьшения шума участки барабанной очистки необходимо выделять в отдельные помещения, в которых должно работать как можно меньше обслуживающего персонала.

Для этого следует механизировать и автоматизировать загрузочные и разгрузочные операции.

Отделение литниково-питающей системы производится в обрубном отделении путем ее отрезки, после чего отливка подвергается зачистке. Цель зачистки -- удаление остатков литниковой системы после ее отрезки, снятие заусенцев и заливов и заглаживание линии разъема.

19. Контроль качества отливок

Дефекты в отливках (газовые раковины, усадочные раковины, ужимины, горячие трещины, пригар, пористость) образуются в результате нарушения технологического процесса, неудовлетворительного качества исходных материалов и др.

Основными способами оценки качества отливок являются: разметка, внешний осмотр, травление, гидравлическое испытание. Применяются также ультразвуковая, магнитная, рентгено- и гамма-дефектоскопия. Для определения механических свойств материала отливок могут отливаться пробные образцы.

Эти неразрушающие методы контроля в последнее время получили широкое применение как в массовом, так и в серийном производстве.

Магнитная дефектоскопия. В машиностроении широко применяются магнитные методы контроля для выявления мельчайших трещин, шлаковых включений и других дефектов, расположенных на незначительной глубине или частично выходящих на поверхность.

Магнитная дефектоскопия позволяет производить сплошную проверку качества ответственных отливок вместо выборочной проверки, связанной с разрезкой или порчей деталей. Этот способ основан на том, что в намагниченном изделии магнитный поток способен частично рассеиваться при встрече препятствий типа трещин, неметаллических включений и др.

Для выявления дефектов, расположенных вблизи поверхности отливки, ее зачищают, а проверяемую деталь намагничивают. В месте нахождения дефекта магнитный поток рассеивается и выходит на поверхность. Намагниченную поверхность детали поливают суспензией в виде жидкости, в которой во взвешенном состоянии находится магнитный порошок. В качестве жидкости чаще всего применяется минеральное масло, керосин или мыльный раствор. Оседающий на поверхности отливки порошок втягивается в область неоднородности вышедшего на поверхность магнитного потока (на месте дефекта отливки) и располагается в виде характерных полос или замкнутых линий. Поверхность отливки предварительно очищается дробью или металлическим песком, чтобы по ней могла свободно стекать эмульсия. Для выявления дефектов на деталях с темной поверхностью могут применяться окрашенные порошки. После испытания отливку необходимо размагнитить. Для намагничивания и размагничивания деталей и для проведения магнитного контроля наша промышленность выпускает различные типы стационарных и переносных магнитных дефектоскопов.

Список литературы

1. Могилев В.К., Лев О.И. Справочник литейщика. М.: Машиностроение, 1988. -272 с.

2. Голотенков О.Н. Формовочные материалы: Учебное пособие. - Пенза: Изд-во Пенз.гос.ун-та, 2004. - 164 с.

3. Василевский П.Ф. Технология стального литья. М.: Машиностроение, 1974. - 408 с.

4. Балабин В.В. Модельное производство. М.: Машиностроение, 1970. - 160 с.

5. Головин С.Я. Краткий справочник литейщика. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1960. - 375 с.

6. Ложичевский А.С. Металлические модели. Проектирование и изготовление. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы,1958. - 360 с.

7. www.polyteg-met.ru Система связующих альфа-сет

8. www.lityo.com.ua/fat FAT Fцrder- und Anlagentechnik GmbH - оборудование формовочное

9. Болдин А.Н., Давыдов Н.И., Жуковский С.С. и др. Литейные формовочные материалы. Формовочные, стержневые смеси и покрытия: Справочник. - М.: Машиностроение, 2006. - 507 с.

10. Кечин В.А. и др. Проектирование и производство литых заготовок. Владимир. ВлГУ, 2002.

11. Зонненберг Н.Н. Проектирование и расчёт литниково-питающих систем: Учеб. пособие.- Самара,2004. - 40 с.

12. Проектирование заготовок в разовых песчаных формах: Учебно-метод. Пособие/СамГТУ; Сост. В.А.Дмитриев. Самара, 2002. - 56 с.

13. Производство стальных отливок: Учебник для вузов/ Козлов Л.Я., Вдовин К.Н. и др./ Под ред. Л.Я.Козлова. - М.: МИСИС, 2003. - 352с.

14. ГОСТ 3.1125 - 88. Правила графического оформления элементов литейных форм и отливок.

15. ГОСТ 26645 - 85. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы, припуски на механическую обработку.

16. ГОСТ 3212 - 92 Комплекты модельные. Уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров.

17. ГОСТ 20131 - 80 Плиты модельные. Типы, основные размеры, технические требования.

18. ГОСТ 2133 - 75 Опоки литейные. Типы и основные размеры.

19. ГОСТ 977 - 88 Отливки стальные. Общие технические условия.

20. Моргунов В.Н., Голотенков О.Н. Основы конструирования отливок. Элементы литейных форм и отливок: Учебн. Пособие. - Пенза: Изд-во Пенз.гос.ун-та, 2009. - 54 с.

Размещено на Allbest.ru