Разработка технологического процесса изготовления отливки

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные

а) Массовое производство

б) Литье в песчаные формы

в) Деталь обойма

2. Выбор материала

Согласно назначению детали и номеру варианта, выбираем материал серый чугун СЧ20. [1, с.4]

3. Определение массы детали

Масса находиться исходя из объёма детали и плотности серого чугуна.

Разбиваем деталь на элементарные объёмы и находим их.

Vдет.=V1+V2 - V3 - 2*V4

Vцил.=1/4* ?* d2 * h

V1 = 0,25*3,14*(20)2*7

V1 = 2198(см3)

V2 = 0,25*3,14*(17)2*3

V2 = 680,595(см3)

V3 = 0,25*3,14*(4)2*10

V3= 125,6(см3)

V4 = 0,25*3,14*(4)2*8,6

V4= 108,016(см3)

Vдет.= 2198+680,595-125,6-2*108,016=2536,963(см3)

mдет= Vдет.* ?чуг

Плотность серого чугуна ?чуг=7,1(г/см3)

mдет=2536,963*7,1=18012,4373(г) 18,0(кг)

4. Разработка чертежа отливки

4.1 Выбор поверхности разъема

В соответствии с рекомендациями [2, c.14-15], располагаем всю отливку в нижней полуформе (формовка в двух опоках), что исключает смещение отливки.

4.2 Выбор базовой поверхности

Базовые поверхности служат для закрепления отливки при механической обработке. Базовые поверхности для механической обработки обозначаются определенным образом:

Линейные размеры на чертеже отливки располагаем от указанных исходных баз.

4.3 Назначение припусков на механическую обработку

Размеры, мм	Припуски, мм
O 200	3,2
O 170	3,2
O 140	2,8
O 60	2,4
O 40	2,4
100	верх 3,2 низ 2,6
70	2,6

4.4 Расчет номинальных размеров отливки

100+3,2+2,6=105,8 (мм)

70+3,2+2,6=75,8 (мм)

200+2*3,2=206,4 (мм)

170+2*3,2=176,4 (мм)

140-2*2,8=134,4 (мм)

60+2*2,4=64,8 (мм)

40-2*2,4=35,2 (мм)

4.5 Расчет литейных радиусов

Для получения качественной литой детали стенки отливки должны иметь плавные переходы с необходимыми сопряжениями и закруглениями [2, с.38].

Радиусы рассчитывают по формулам:

- наружный радиус

- внутренний радиус

Расчетные радиусы округляем по стандартному ряду чисел 1; 2; 3; 5; 8; 10; 16. Наружный радиус округляем в меньшую сторону, а внутренний радиус в большую [2, с.38].

Сопрягаемые припуски	Расчетный радиус, мм.	Фактический радиус, мм.
П1	П2	Rн	Rн
3,2	2,6	2,9	2
3,2	2,6	2,9	2
2,8	2,6	2,7	2
2,6	2,4	2,5	2

Сопрягаемые припуски	Расчетный радиус, мм.	Фактический радиус, мм.
П1	П2	Rв	Rв
3,2	2,6	5,8	8
2,6	2,6	5,2	8
2,6	2,4	5	5

4.6 Назначение литейных уклонов

Для предотвращения разрушения формы при извлечении из нее модельной плиты (модели) на вертикальных стенках отливки необходимо предусматривать литейные (конструктивные и формовочные) уклоны [2, с.33].

hм= hотл+0,01*hотл

Размеры модели, мм	Уклон
hм=75,8+0,01*75,8=76,558	0°45'
hм=30+0,01*30=30,3	1°15'

4.7 Анализ выполнения отверстий

Оформление отверстий, полостей и выступающих при машинной формовке осуществляется стержнями и болванами (выступы в форме). Последние в верхних полуформах, если H=0,3*D, в нижних полуформах, если H?D (H - высота полости отверстия; D - диаметр). Отверстия в отливках обычно выполняются, если их диаметр не менее при массовом производстве 20 мм [2, с.30-31].

А=dотл+0,01* dотл - диаметр стержня

А=35,552 (мм)

Lст=Lотл+ 0,01* Lотл - длина стержня

Lст=106,656 (мм)

zн=40 (мм)

zв=30 (мм)

?=5°

Hнб?D

D=(134,4-64,8)/2=34,8 (мм)

Hнб= 34,8 (мм) - высота нижнего болвана

hм=34,8+0,01*34,8=35,148 (мм)

Следовательно, уклон равен 1°15'.

4.8 Определение массы отливки

Определяем объем отливки без учета литейных уклонов и радиусов закруглений:

Vотл.=V1+V2 - V3 - 2*V4

Vцил.=1/4* ?* d2 * h

V1=0,25*3,14*(20,64)2*7,58

V1=2534,88 (см3)

V2 = 0,25*3,14*(17,64)2*3

V2 = 732,8 (см3)

V3 = 0,25*3,14*(3,52)2*10,58

V3 = 102,9 (см3)

V4 = 0,25*3,14*(3,48)2*3,48

V4 = 33,08 (см3)

Vотл.=3404,66 (см3)

Определяем массу отливки без учета литейных уклонов и радиусов закруглений:

mотл= Vотл.* ?чуг

Плотность серого чугуна ?чуг=7,1(г/см3)

mотл=3404,66*7,1=24165,9(г) 24,2(кг)

5. Расчет размеров опок и размерных плит

5.1 Расчет размеров модели отливки

Lм=Lотл+0,01*Lотл; Dм=Dотл+0,01*Dотл

Размеры отливки, мм	Размеры модели, мм
105,8	106,858106,9
75,8	76,55876,6
206,4	208,464208,5
176,4	178,164178,2
134,4	135,744135,7
64,8	65,44865,5
35,2	35,55235,5

5.2 Расчетная схема опоки

Размещено на http://www.allbest.ru/

c - толщина формовочной смеси вокруг отливок

c=30…50 мм [2, с.44]

а - ширина шлакоуловителя

Ар=2*Dм+3*с - ширина шлакоуловителя

Bр=2*Dм+a+4*c - длина шлакоуловителя

5.3 Расчет литниковой системы

Литниковой системой называется система каналов, с помощью которых реализуется заполнение формы жидким металлом , питание отливки при ее затвердевании, а также улавливание различных неметаллических включений. Она играет значительную роль в получении качественных отливок (30% брака из-за недостатков системы).

Основными элементами литниковой системы является:

Литниковая воронка (для мелких и средних отливок) или литниковая чаша (для средних и крупных отливок);

Стояк, как правило, вертикальный канал (иногда зигзагообразный для снижения скорости движения) круглого сечения (прямоугольное сечение бывает для магниевых и алюминиевых сплавов);

Шлакоуловитель (коллектор), располагающийся обычно в верхней полуформе;

Питатели, сечение которых должно быть меньше толщины стенки, к которой они подводятся;

Выпор, выводит воздух и газ из полости формы при заливке и сигнализирует о конце заливки. Сечение выпора равно 0,25…0,5 сечения стенки отливки. Выпоры не устанавливаются над массивными частями отливки из-за возможности образования усадочных раковин. В этом случае принимают отводные выпоры [2, с.49].

5.3.1 Расчет производящих элементов суживающихся литниковых систем

а) Расчет суммарного сечения питателей

,

где - суммарное сечение питателей, см2;

Q - масса жидкого металла, протекающая через литниковую систему, кг;

Q=G+Q1 ,

где Q1 - расход металла на литниковую систему, зависит от массы отливки [2, с.52];

G=4*Mотл;

G=4*24,2=96,8 кг

Тогда по диаграмме зависимости расхода металла от массы отливки. =12% (рис.32; [2, с.52]);

Следовательно:

Q=G+Q1=96,8+11,616=110,216110,2 кг

см2

Сечение питателя

Размеры сечения определяем таблице 29

[2, с.59]

h=12 мм, a=19 мм, b=16 мм

б) Определяем площадь шлакоуловителя и стояка

Для среднего и мелкого литья

; [2, с.53]

Следовательно:

(см2)

(см2)

Сечение шлакоуловителя

Размеры сечения определяем таблице 24 [2, с.53]

ha

h=24 мм, a=24 мм, b=19 мм

Диаметр стояка в нижней части по формуле [2, с.53]:

(см2)

см= 35 мм

Dв>Dн на 10…15%

Dв=39 мм

в) Определение размеров литниковой чаши или литниковой воронки

В зависимости от диаметра стояка выбираем по таблице 25, 27, будет литниковая чаша или воронка [2, с.57]. По таблице 27 выбираю литниковую чашу по диаметру стояка D=40 мм.

Литниковая чаша

Размеры литниковой чаши, мм

L	M	h	R1	R2	R3	R4	r	r1	диаметр стояка, мм
240	95	170	60	55	75	70	20	10	40

5.4 Расчет размеров опоки

Ар=2*Dм+3*с=2*208,5+3*40=537 мм

Bр=2*Dм+a+4*c=2*208,5+24+4*40=601 мм

Полученные расчетные значения Ар и Bр округляем с шагом 50 мм в большую сторону.

Ар=537 мм А=550 мм

Bр=601 мм В=650 мм

5.5 Определение высоты опок

Hн=hм+d+zн - высота нижней опоки;

Hв=zв+d - высота верхней опоки;

d - расстояние от модели до верхней или нижней кромки опоки, d=40…60 мм [2, с. 45].

Hн=106,9+50+40=196,9 мм.

Hв=30+50=80 мм.

Полученные расчетные значения округляем с шагом 25 мм в большую сторону.

Hн=200 мм; Hв=100 мм.

5.6 Расчет размеров модельных плит

Aм.п.=A+2*10+2*50; Aм.п.=550+20+100=670 мм;

Bм.п.=B+2*10+2*50; Bм.п.=650+20+100=770 мм;

где 50 мм - места для закрепления опоки и модельной плиты; 10 мм - толщина стенки опоки.

5.7 Проверка высоты стояка

Высота стояка, определенная раннее выбранной высотой верхней опоки (литниковая система располагается по разъему формы), проверяется по формуле:

Hmin= Hст-C=L*tg?

Hст= C+L*tg?

где - минимальный избыточный напор металла, обеспечивающий заполнение формы; - высота стояка; ? - угол падения напора, ? = 8…9°; С - высота отливки над питателем, С=0, т.к. отливка располагаем в нижней полуформе; L - расстояние от центра стояка до наиболее удаленной и высокой точки формы,

[2, с.55].



отливка деталь опока обработка

L1 = 40+104,25+12=156,25 мм;

L2 = 20+208,5=228,5 мм;

мм;

Hст=276,8*tg9°=276,8*0,1584=43,8 мм;

Высота стояка обеспечивает минимальный избыточный напор металла для заполнения литейной формы.

6. Технологический процесс получения отливки литьем в песчаные формы

6.1 Изготовление модели отливки, литниковой системы, стержневых ящиков и выбор опок

Модели служат для образования внешних контуров отливки в форме. В массовом производстве применяют металлические модели. Модель изготавливается с учетом припусков на механическую обработку и линейную усадку металла. Кроме основных моделей, образующих форму отливки, имеются модели литниковых систем, с помощью которых при формовке образуется система каналов, через которые жидкий металл поступает в полость формы.

Стержневые ящики для изготовления стержней должны обеспечивать равномерное уплотнение смеси и быстрое извлечение стержня. Как и модели, стержневые ящики имеют литейные уклоны, при назначении их размеров учитывают величину усадки сплава и, если требуется, также и припуска на механическую обработку. Стержневые ящики делают из тех же материалов, что и модели. По конструкции стержневые ящики могут быть неразъемными и разъемными.

Опоки служат для удержания формовочной смеси и образования литейной песчаной формы. Центрирование верхней опоки с нижней осуществляется фиксирующими штырями, которые вставляют в отверстия в приливах опок, а скрепление опок осуществляется скобами.

6.2 Приготовление формовочных и стержневых смесей

Формовочные смеси применяют для изготовления песчаных форм.

Технологический процесс приготовления формовочных смесей заключается в перемешивании составляющих компонентов смеси с последующим ее выстаиванием и разрыхлением.

Перемешивание производят в смешивающих бегунах.

Время перемешивания составляет для единой смеси 3-5 мин. Затем смеси загружают в бункера, где они выстаиваются в течение нескольких часов для равномерного распределения влаги. Перед загрузкой смесь разрыхляют.

Состав и свойства формовочной смеси определяем по таблице 5 [2, стр. 11]

Кварцевый песок - 27-37%

Оборотная смесь - 70-60%

Огнеупорная глина - 3%

Бентонит - 1%

Противопригарные добавки - до 4

Предел прочности на сжатие - 0,03-0,04 МПа

Газопроницаемость - 40

Влажность - 4,0-4,5%

При заливке формы стержни в большинстве случаев находятся в тяжелых условиях, испытывая значительное термическое и механическое воздействие расплавленного литейного сплава. Поэтому к стержневым смесям предъявляют более высокие требования по прочности и другим свойствам, чем к формовочным смесям.

6.3 Изготовление полуформ и стержней, сборка форм

Способ формовки - машинная.

Согласно таблице 23 [2, стр. 48] выбираем тип формовочной машины исходя из размеров опок в свету.

Машина - формовочная пневматическая встряхивающепрессовая с электроуправлением с поворотом полуформ.

Осуществляем формовку в 2-х опоках по разъемной модели.

Основным способом изготовления стержней является их машинная формовка в стержневых ящиках.

Операция сборки форм начинают с установки нижней полуформы на заливочную площадку. Затем полость полуформы продувают сжатым воздухом, устанавливают в нее нижнюю полуформу и осторожно по фиксирующим штырям накрывают верхней. Для предотвращения подъема верхней полуформы статическим давлением металла ее скрепляют с нижней полуформой скобами или ставят грузы.

6.4 Приготовление шихты

6.4.1 Определение химического состава чугуна

Определяем химический состав СЧ20 по таблице 30 [2, с.60]:

Углерод - 3,4%; кремний - 1,7%; марганец - 0,6%; фосфор - 0,3%; сера - 0,15%.

6.4.2 Определение состава шихты

1) Чушковый легированный чугун - 7%;

2) Чушковый нелегированный чугун - 25%;

3) Стальной лом - 10%;

4) Собственные отходы - 12%;

5) Чугунный лом - 46%.

Расчет массовой доли элементов в шихте для плавки

	Массовая доля Ме %	Массовая доля элемента, %
		кремний	марганец	сера	фосфор
		в Ме	в шихте	в Ме	в шихте	в Ме	в шихте	в Ме	в шихте
Нелегированный Чушковый чугун ЛК2	25	3,0	0,75	0,8	0,2	0,02	0,005	0,05	0,0125
Легированный Чушковый чугун ХЧ-3	7	2,2	0,154	0,7	0,049	0,04	0,0028	0,1	0,007
Стальной лом	10	0,2	0,02	0,5	0,05	0,05	0,005	0,05	0,005
Собственные отходы	12	1,7	0,204	0,6	0,072	0,15	0,018	0,3	0,036
Чугунный лом	46	2,0	0,92	0,8	0,368	0,1	0,046	0,2	0,092
ИТОГО	100	-	2,048	-	0,739	-	0,0768	-	0,1525

Проверяем состав шихты: считая угар кремния 20%, марганца 30%, пригар серы 50% (по табл. 34 [2,с. 64]) находим по заданному составу чугуна массовую долю элементов в шихте по формуле:

где а - необходимое количество элемента. Входящего состав металла после плавки в вагранке, %

х - пригар (+) и угар (-) элемента при плавке, %

Кремний (1,7/(100-20))*100% = 2,1%

Марганец (0,6/(100-30))*100% = 0,85%

Сера (0,15/(100+50))*100% = 0,1%

Согласно табл. 34 [2, с.64] изменение массовой доли элементов при плавке в вагранке не происходит у фосфора. Сопоставляя полученный состав шихты с необходимым, видим недостаток марганца и кремния

(2,1 - 2,048 = 0,052% кремния и 0,85 - 0,739 = 0,111% марганца).

Для увеличения массовой доли кремния добавляем ферросилиций СИ10 с 12% кремния; его необходимо добавить:

(0,052/12)*100% = 0,43%

Для увеличения массовой доли марганца в шихту добавляем зеркальный чугун ЗЧ2 с 20% марганца. Количество зеркального чугуна равно:

(0,111/20)*100% = 0,55%

Изменение массовой доли кремния и вредных примесей (серы) допустимо в пределах 10%.

Добавка ЗЧ2 дается сверх 100% и металлическая калоша массой 600 кг определяется окончательно:

Шихта	Массовая доля металла в шихте,%	Масса металла в шихте,кг
Нелегированный чушковый чугун ЛК2	25	150
Легированный чушковый чугун ХЧ3	7	42
Стальной лом	10	60
Собственные отходы	12	72
Чугунный лом	46	276
ИТОГО	100	600
Ферросилиций СВ10	0,43	2,58
Зеркальный чугун ЗЧ2	0,55	3,3
ВСЕГО	100,98	605,88

6.5 Плавление шихты

Плавление шихты осуществляется в специальных печах вагранках. Процесс плавки чугуна: в вагранку загружают дрова, разжигают их, затем засыпают слой кокса на 700-800 мм выше уровня фурм и включают дутьё. После разогрева нижней части вагранки в неё загружают шихту. За счет тепла от сгорания кокса происходит расплавление металлической части шихты. Процесс плавки происходит непрерывно, а загрузка шихты и выпуск жидкого чугуна производится периодически.

Расчет кокса для получения 1000 кг отливок

Qж.м. - масса жидкого металла

Qж.м. = Qотл+Qлит.с.

Qотл=1000 кг - масса отливок

Qлит.с. - масса литниковой системы из п. 5.3.1.

Xк - расход топлива (кокса) в процентах, определяем по таблице 35 [2, с. 65]. Xк = 14%

Qж.м. = 1000+120 = 1120 кг

6.6 Заливка формы

Температура заливки для серого чугуна колеблется в пределах 1250..1400?С. Чем более тонкостенные отливки, тем должна быть выше температура заливаемого чугуна.

Формы заливают на плацу, рольгангах и конвейерах. На плацу обычно заливают мелкие и средние формы в небольших литейных цехах. В литейных цехах, производящих большое количество отливок, формы обычно заливают на конвейере. Заливка металла в литейную форму может осуществляться либо ручным способом, либо механическим. Емкость ручных ковшей не превышает обычно 50 кг, а емкость механизированных крановых ковшей составляет 50 - 200 т и более. Для заливки чугуна большое применение получили ковши барабанного типа емкостью до 5 т.

6.7 выбивка отливок

Время охлаждения отливок в форме зависит от теплофизических свойств формовочной смеси, толщины стенок отливки, от теплосодержания металла и его склонности к образованию трещин. Длительное охлаждение отливок в форме невыгодно, т.к. удлиняет технологический цикл. Поэтому непроизводительное время стараются сократить за счет применения принудительного охлаждения.

Из практики работы литейных цехов известно, что чугунные и стальные отливки можно выбивать из форм при следующих температурах: крупные 300..400?С, средние 400..500?С, мелкие 500..600?С.

Преждевременная выбивка ввиду недостаточной прочности отливок в это время может привести к деформации или разрушению их под действием внешних нагрузок.

После охлаждения отливок до необходимой температуры формы выбивают. Обычно это делается на выбивных решетках - вибровстряхивающих установках. При этом формовочная смесь из опок просыпается сквозь отверстия решетки и передается на переработку.

6.8 Обрубка отливок

Обрубка необходима для удаления литниковой системы. Эта операция в зависимости от свойств сплава производится разными способами. Литники от чугунных отливок отбиваются ударом молотка или кувалды, а также в специализированных барабанах.

6.9 Термическая обработка

Термическая обработка предназначена для снятия внутренних напряжений, улучшения структуры и свойств отливок. Применяются следующие виды термической обработки отливок: отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

6.10 Очистка от окалины

Отливки очищаются от окалины следующими способами: галтовкой, пескоструйной, дробеметной обработкой. Дробеметная очистка является наиболее прогрессивным способом. Она дает возможность получить чистые отливки, и не создает шума при работе.

6.11 Контроль

Дефекты отливок выявляются различными методами контроля. Проверяется соответствие размеров отливок размерам чертежа. Отливки периодически разрезают для определения размеров внутренних полостей, разностенности, смещений. Контроль размеров отливок позволяет своевременно предупредить массовый брак из-за износа или коробления модели и стержневых ящиков.

Механические свойства отливок контролируют испытаниями отдельно изготовленных или прилитых образцов, а также (в отдельных случаях) образцов, вырезаемых из тела отливки. Внутренние дефекты отливок выявляются методами радиографической и ультразвуковой дефектоскопии. Для выявления наружных поверхностных дефектов применяется люминесцентный контроль, магнитная и цветная дефектоскопия.

Список использованных источников:

1. МУ 57-02. Методические указания для выполнения контрольных и лабораторных работ по курсам «Технологические процессы в машиностроение» и «Проектирование производства заготовок» для студентов заочного факультета / Сост.: А.К. Денисюк, В.А. Иванова, О.М Епархин; ЯГТУ. - Ярославль, 2002 - 40 с. [№2455]

2. Потанин С.Л. Технология изготовления чугунных отливок в песчаные формы: Учеб. пособие к РГР / Яросл. политех. ин-т. - Ярославль, 1992, - 80 с. [№1561]

3. Н.Ф.Казаков, А.М.Осокин, А.П.Шишкова. Технология металлов и других конструкционных материалов: Учебное пособие для студентов машиностроительных специальностей ВУЗов.- М.: Металлургия, 1976, - 688 с.

4. Технология металлов. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В., Арутюнова И.А., Шабашов С.П., Ефремов В.К. М., «Металлургия», 1978. 880 с.

Размещено на Allbest.ru