Технологический процесс отливки детали "Опора"

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Содержание

Введение

1. Анализ технических условий и конструкции отливки

2. Обоснование выбранного метода литья и требований к материалу отливки

3. Правила выполнения графических обозначений элементов литейной технологии

3.1 Обозначение разъемов модели, формы и положения отливки при заливке

3.2 Обозначение припусков

3.3 Изображение и обозначение стержней

3.4 Изображение и обозначение отъёмных частей модели

3.5 Изображение и обозначение холодильников

3.6 Изображение ребер, приливов, стяжек и проб

3.7 Обозначение мест вывода газов

3.8 Изображения и обозначения элементов литниково-питающей системы

4. Определение положения отливки в форме

5. Определение поверхности разъёма модели и формы

6. Определение припусков на механическую обработку на основные размеры детали

7. Определение припусков на усадку сплавов

8. Определение величины формовочных уклонов в отливке на непредусмотренных чертежом размерах

9. Границы стержней и их конструкция

10. Разработка конструкции модели, стержневых ящиков и модельных плит

10.1 Классификация моделей

10.2 Выбор материала для изготовления модельного комплекта

10.3 Металлические модельные комплекты

10.4 Модельные плиты

11. Расчет и конструирование литниковой системы

11.1 Оптимальный тепловой режим затвердевания отливки и место подвода металла к полости формы

11.2 Определение чернового объема и массы отливки

11.3 Выбор типа литниковой системы

11.4 Выбор типа заливочного ковша

11.5 Выбор типа прибыли, расчет ее объема, размеров и массы

11.6 Определение размеров литейной формы

11.7 Расчет размеров элементов литниковой системы

11.8 Расчет продолжительности заполнения формы

11.9 Определение коэффициента расхода металла

11.10 Определение расчетного напора

11.11 Расчет диаметра отверстия стопорного ковша

11.12 Определение размеров элементов литниковой системы

11.13 Выбор местоположения и расчет холодильников

11.14 Охлаждение отливки

11.15 Выбивка и очистка отливки

11.16 Термическая обработка

11.17 Возможные виды брака отливок

11.18 Расчёт себестоимости одной отливки

Список литературы

Введение

Деталь «Опора» изготавливается из среднеуглеродистой стали марки 25Л. Сталь обладает минимальной склонностью к образованию горячих трещин, высокой прочностью, выдерживает значительные напряжения при нагрузках.

Из неё изготавливают малонагруженные детали (оси, тяги, кольца, рычаги, фланцы) - без термической обработки ТО; мелкие средненагруженные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности (втулки, валики, винты, штифты, упоры, кольца) - с ТО (у_В > 980; у_Т >640; д > 8; ш >30; HRC 30 … 40 ).

Сталь имеет более низкое содержание вредных примесей и неметаллических включений, чем стали обыкновенного качества. В промышленность эти стали поставляются в виде проката, поковок, профилей различного назначения с гарантированным химическим составом и механическими свойствами

В машиностроении применяют углеродистые качественны стали, поставляемые по ГОСТ 1050-88 - они используются с различными видами ТО - нормализация, улучшение, закалка с низким отпуском, закалка ТВЧ.

Механические свойства:

Предел текучести у_Т - 315 Мпа

Временное сопротивление у_В- 530 Мпа

Относительное удлинение д - 20

Относительное сужение ш- 45.

Твёрдость НВ 180

1. Анализ технических условий и конструкции отливки

Разработка технологического процесса изготовления отливки начинается с установления возможности её изготовления в зависимости от массы, габаритных размеров, серийности и назначения литой детали.

В таблицах 1 приведены данные, необходимые при первоначальном рассмот-рении условий задания на изготовление отливок из черных металлов.

Таблица 1. Классификация отливок по массе.

Номер группы	Характеристики габаритных размеров	Масса, кг.
I	Мелкие	До 100 кг
II	Средние	101 ч 1000 кг
III	Крупные	1001 ч 5000 кг
IV	Очень крупные	Свыше 5000 кг

После установления условий, необходимых для выполнения задания, производят оценку свойств материала отливки. Данные по химическому составу, механическим свойствам и режимам термической обработки сплавов приведены в литературе [1,2].

Далее обязательно изучить технологичность конструкции литой детали. Технологичными считают детали, конструкции которых отвечают требованиям как технологии механической обработки, так и технологии литейного производства, а также условиям эксплуатации. Поэтому к конструкции литых деталей предъявляют определённые требования:

1. Компактность. Сложные детали, а также детали с большими габаритными размерами рекомендуется делать сборными, так как при этом обычно упрощается процесс изготовления модели и формы, уменьшаются по размерам и упрощаются по сложности стержни, появляется возможность уменьшения внутренних напряжений.

В случае изготовления на формовочном и другом литейном оборудовании целесообразно производить расчленение детали.

2. Литые детали должны иметь плавные переходы в сопряжениях различных сечений, способствующие снижению внутренних напряжений в отливке. Сопряжения стенок под углом должны быть выполнены галтелями с определенным радиусом. Галтели обеспечивают плавный переход и предотвращают возникновение трещин из-за неравномерности затвердевания и охлаждения отливок.

Радиус галтели определяется в зависимости от толщины стенок сопрягаемых поверхностей по формуле:

По нормальному ряду радиусов выбирается ближайший: I; 2; 3; 5; 8; 10; 15; 20; 25; 30; 40. Если толщины сопрягаемых стенок разные (вдвое и более), рекомендуется клиновое сопряжение.

Длину сопряжения необходимо принимать для чугуна и цветных сплавов L = 4 • (а - в),для стали L = 5 • (а - в).

При угловых сопряжениях стенок разной толщины с соотношением а/в ? 2 (рис. 1, г, д ,е) внешний радиус R принимают равный толщине большей стенки, а внутренний радиус r вычисляют по выражению (1).

При соотношении сопрягаемых стенок а/в>2 переход необходимо выполнить, как показано на рис. 1, ж, з, и. В этом случае С?3•(а - в).

Наружный радиус R определяется по выражению:

В случае сопряжения трёх стенок (рис. 1, к, л, м) соотношения следующие:

при а/в ? 1,25 с = О,

при а/в = 1,25-2,0 с = а - в,

при а/в > 2 с = 3 (а - в).

Значения этих трех случаев: чугун и цветные сплавы h ? 4•с; для стали h ? 5•с,

3. Отливка должна иметь рациональную толщину в различных сечениях, что обеспечивает необходимую прочность конструкции и возможность заполнения формы металлом. Обычно толщина стенки назначается наименьшей, обеспечивающей необходимую прочность, и достаточной для заполнения формы. Наименьшую толщину стенки можно определить расчётным путем по формуле:

где t - толщина стенки, мм;

L - наибольший габаритный размер детали, мм.

В случае наличия термических узлов у отливок с повышенной усадкой необходимо обеспечить соответствующее их питание за счёт прибылей и обеспечения направленного затвердевания.

4. Деталь должна представлять собой сочетание простых геометрических тел с преобладанием прямых линий и плоских поверхностей, что упрощает и удешевляет изготовление модельного комплекта. Бобышки, выступы, приливы должны быть выполнены так, чтобы не затруднять извлечения модели из формы.

5. Деталь должна иметь достаточное число окон для удобной и надёжной простановки стержней, вывода газов и очистки внутренних плоскостей в отливке.

6. Технологичные литые детали должны иметь конструктивные уклоны, обеспечивайте лёгкое извлечение моделей из формы.

7. Конструкция отливки должна быть такой, чтобы обеспечивалась удобная сборка формы. При изменении конструкции отливки можно сократить число стержней и тем самым упростить сборку формы.

8. Конструкция отливки должна обеспечить удобство её очистки после извлечения из формы.

9. Необходимо предусмотреть минимальный расход металла на отливку.

10. Детали должны иметь такую конструкцию, которая позволяет транспортировать их различными средствами.

Кроме перечисленных выше требований, при конструировании литых деталей необходимо учитывать литейные свойства металлов: жидкотекучесть, усадку, ликвацию, склонность к образованию газовых раковин и т.д.

2. Обоснование выбранного метода литья

Основными факторами, обеспечивающими выбор метода литья, являются харак-тер производства, масса, габариты и класс точности отливок. В зависимости от указан-ных параметров применяют литьё в разовые песчано-глинистые формы, в кокиль, литьё по выплавляемы» моделям, литьё под низким и высоким давлением и другие.

Наиболее эффективные способы получения отливок применяются для следующих видов литья, приведенных в таблице 5.

Таблица 5. Применение различных способов производства отливок.

Способ производства отливок	Область применения	Характеристика литья
Литье в песчаные формы: машинная формовка.	Индивидуальное, серийное и массовое производство отливок любых сплавов.	Механическая обработка отливок с гарантийными припусками на размеры.
Литье в кокиль.	Массовое и серийное производство мелких и средних по массе и габаритам отливок простой и средней сложности из любых сплавов.	Высокое качество поверхности. Малые допуски на механическую обработку.
Литье по выплавляемым моделям.	Мелкосерийное и серийное массовое производство отливок из обычных и трудно обрабатываемых сплавов.	Высокий класс точности и чистоты поверхности с очень малыми припусками на механическую обработку.
Литье под низким и высоким давлением.	Крупносерийное и массовое производство отливок из цветных сплавов, технологичных для литья.	Высокий класс точности и чистоты поверхности в отдельных случаях, не требующих механической обработки.
Другие способы литья.	Все виды производства с учетом технологичности отливок.	Высокий класс точности и чистоты поверхности в отдельных случаях, не требующих механической обработки.

3. Правила выполнения графических обозначений элементов литейной технологии

3.1 Обозначение разъёмов модели, формы и положения отливки при заливке

Прямую плоскость разъёма модели и формы изображают на чертеже прямым отрезком основной линии, над которым проставляют буквенное обозначение разъёма - РФ. Направление разъёма изображают сплошной основной линией, ограниченной стрелками и перпендикулярной линии разъёма.

Ломаную плоскость разъёма модели и формы изображают на чертеже ломаным отрезком основной линии, над которым проставляют буквенное обозначение разъёма - МФ

При неразъёмной модели плоскость разъёма изображают так же, но указывают только буквенное обозначение прямого (ломаного) разъема формы - Ц

При нескольких разъёмах модели и формы каждый разъём прямой (или ломаной) изображают отдельно.

Положение отливки и формы обозначают буквами В (верх), З (низ); буквы проставляют у стрелок, указывающих направление разъема модели и формы.

Если литейная форма изготавливается в горизонтальном положении, а заливается в вертикальном, то буквенные обозначения верха и низа у стрелок разъёма модели и формы не ставят. Параллельно направлению заливки проводят отрезок основной линии, у стрелок которой проставляют обозначения верха (В) и низа (11).

3.2 Обозначение припусков

Припуск на механическую обработку изображают сплошной тонкой линией. Величину припуска указывают цифрой (в мм)

У несложных отливок припуск на механическую обработку не изображают, а указывают только его величину. Отвер-стия, впадины и т.п., не выполняемые литьём, зачёркивают сплошной тонкой линией.

Технологический припуск обозна-чают Т и цифрой со знаком минус (-) или плюс (+), указывающий его величину. Обозначение и величину припуска проставляют на продолжении размерной линии или на полке линии-выноски.

3.3 Изображение и обозначение стержней

Стержень, его знаки и фиксаторы, стержень-перемычку, разделительную диафрагму легко отделяемой прибыли, знаки модели изображают сплошной тонкой линией в масштабе чертежа. Проставляют размеры знаков и их зазоров. Стержень в разрезе штрихуют только у контурных линий и обозначают буквами СТ с указанием порядкового номера.

Если расположение проекции на чертёж детали не позволяет изображать знак стержня в масштабе, то его разрывают или изображают не в масштабе. На проекции, которая не даёт полного представления о формовочных уклонах стержневого знака, проводят только одну линию, соответствующую наибольшему размеру: знак стержня в плане изображён одной тонкой линией. Изображение стандартизированной диафрагмы стержня-перемычки сопровождают условными обозначениями, которые размещают на полке линии-выноски. Размеры диафрагмы и стержня-перемычки на чертеже не проставляют.

Направление набивки стержня изображают стрелкой, а разъём стержневого ящика - стрелками.

Если стержень состоит из нескольких частей, то прямую (или ломаную) плос-кость разъёма изображают тонкой сплошной линией, над которой размещают надпись «Линия разъёма» СТ 1.

3.4 Изображение и обозначение отъёмных частей модели

Поверхность соприкосновения отъёмной части с моделью изображает сплошной основной линией. Отъёмную часть обозначают буквами ОЧМ с указанием порядкового номера - ОЧМ1; ОЧМ2 и т.д.; если отъёмная часть одна, то порядковый номер в обозначении не проставляют: ГОСТ 2.423-73 MH 2041-61 МН 3527-62. Формовка с отъемными частями модели применяется только при мелкосерийном и единичном производстве литья.



3.5 Изображение и обозначение холодильников

Холодильник изображают в масштабе чертежа сплошной тонкой линией с указанием размеров. На полке линии-выноски размещают обозначение, состоящее из слова «хол.», порядкового номера и числа устанавливаемых в форму холодильников. Если холодильник стандартизирован, то его размеры на чертеже не проставляют, а за словом «хол.» указывают условное обозначение.

3.6 Изображение рёбер, приливов, стяжек и проб

Стяжку 1, технологический прилив 2, усадочное ребро 3 и пробу 4 изображают в масштабе чертежа сплошной тонкой линией с указанием размеров. На полке линии-выноски указывают назначение проб.

3.7 Обозначение мест вывода газов

Направление вывода газов из формы и стержня изображают стрелкой, вдоль которой проставляют буквенное обозначение ВГ.

3.8 Изображение и обозначение элементов литниково-питающей системы

Литниковую систему изображают в масштабе чертежа тонкой сплошной линией с указанием размеров и расположения относительно отливки. Допускается на чертеже для монтажа моделей на подмодельной плите литниковую систему не изображать, а только указывать места сопряжений питателей с отливкой. На полке линии-выноски размещают подпись «литниковую систему выполнить по чертежу…».

Сечения элементов литниковой системы изображают на поле чертежа в одном масштабе (лучше 1:1) их размеров, количества и имеющихся сечений. Площади сечений и соответственно суммарные площади сечений элементов обозначают так: питатели F_п, F_п; шлакоуловители F_шл., F_шл, стояки F_ст, F_ст.

Литниковую систему, выполняемую в керамике, на чертеже не изображают, но указывают места сопряжения питателей с отливкой. На полке линии-выноски надпись: «Литниковую систему выполнить в керамических трубках, ГОСТ…"

Прибыль на чертеже изображают словом «Прибыль» с указанием порядкового номера. При наличии нескольких одинаковых прибылей им присваивают один и тот же номер и в обозначении указывают их общее количество. Например: прибыль № 1. 2 шт. Если устанавливаемые прибыли стандартизированы, то на полке линии-выноски указывают их условное обозначение, предусмотренное стандартом. Газообразные патроны для создания в прибыли повышенного давления обозначают надписью на полке линии-выноски «Газообр. патрон» и показывают место их расположения.

Сетки 1 для фильтрации расплава, устанавливаемые в литниковой системе, не вычерчивают, а изображают их сплошной основной линией.

4. Определение положения отливки в форме

1) Ответственные части отливок (например, плоскости скольжения, качения) располагать в нижней части формы по отношению к плоскости заливки, даже если это связано с повышением трудоёмкости изготовления формы. В этом случае стержни №1,2,3 крепятся в верхней полуформе. Данной технологией достигается высокое качество рабочих поверхностей.

2) По возможности необходимо располагать отливку в одной полуформе, при этом повышается размерная точность отливки.

3) Необходимо использовать минимально допустимое число стержней или не применять их. Указанная технология обеспечивает качество и размерную точность отливок, снижается трудоёмкость изготовления.

4) Для сплавов, имеющих большую усадку, наиболее предпочтительно такое положение отливки в форме, при котором достигается последовательность затвердевания всех её частей в направлении расположения прибылей (рис. 13, г). В этом случав обеспечиваются хорошие условия питания отливки и вывод усадочной раковины в прибыль.

5) Повороты собранной формы при её подготовке к заливке нежелательны. Они допустимы лишь в случае благоприятного сочетания преимуществ выбранной поверхности разъёма формы и условий питания отливки при этом положении формы и только при индивидуальном литье.

Повороты собранной формы нежелательны из-за возможного перемещения стер-жней, сдвига полуформ в плоскости их разъёма и т.п. Тем не менее при изготовлении отливок из сплавов, имеющих большую усадку и значительную длину в сравнении с их диаметром, форму проще изготавливать в горизонтальном положении с совмещением плоскости разъёма модели с продольной осью детали, но для улучшения питания отливка во время кристаллизации должна находиться в вертикальном положении.

6) Тонкостенные части крупногабаритных отливок лучше всего располагать в нижних горизонтах заливаемой формы, или по возможности вертикально, или наклонно. Преимущества нижнего расположения по сравнению с верхним следующие:

- сокращается путь продвижения потока жидкого металла к горизонтальной стенке толщиной 8 мм, расположенной на малом расстоянии от нижнего края отливки, благодаря чему металл, заполняющий тонкую стенку, меньше охлаждается во время заливки; в течение более длительного времени горизонтальная тонкая стенка «промывается» металлом, что позволяет получать более гладкую поверхность этой стенки отливки.

7) Использовать по возможности заготовки для получения литых деталей и объединять их для последующей резки на мерные части. В этом случае повышается производительность труда.

В конкретной отливке могут возникнуть и определённые трудности в выборе лучшего варианта. В таких случаях наиболее предпочтителен тот вариант, который больше отвечает требованиям получения высококачественных отливок.

5. Определение поверхности разъёма модели и формы

При выборе поверхности разъёма модели и формы исходят из способа формовки и применяемой оснастки. Руководствуются следующими основными положениями:

- плоскость разъёма - по возможности горизонтальной и минимальной;

- поверхность разъёма должна быть плоской;

- разъём формы должен обеспечивать удобство формовки, установки стержней и контроль качества сборки· формы;

- модель должна иметь минимальное количество отъёмных частей;

- длялучшего контроля сборки нижняя полуформа должна более открытую полость;

- поверхность разъёма формы должна обеспечивать минимальное искажение базовых поверхностей;

- поверхность разъёма формы должна обеспечивать надёжное крепление стержней без применения жеребеек.

6. Назначение припусков на механическую обработку

Припуском на механическую обработку называется слой металла (на сторону), который предназначается для снятия в процессе механической обработки отливки.

Величину припусков на механическую обработку определяют учитывая:

- материал отливки;

- класс точности отливки, определяемый характером производства;

- положение поверхности при заливке;

- наибольший габаритный размер отливки;

- номинальный размер отливки, под которым понимают расстояние между двумя противоположными обрабатываемыми поверхностями, или расстояние от установочной базовой поверхности до обрабатываемой.

Наиболее высокий 1 класс точности с min размерами припусков. Обычно берётся при массовом производстве, характеризуемом большой степенью механизации, автоматизации и стабильностью технологического процесса. 3 класс точности, с соответственно увеличенными припусками, берётся для индивидуального производства, имеющего менее стабильный технологический процесс, при котором расшатывание и удаление модели, отделка и исправление формы и стержней производят вручную. Отливки, изготовляемые по 2 классу точности в серийном производстве, по величине припусков занимают промежуточное положение между отливками массового и индивидуального производства.

Поверхности, которые имеют знаки, приведенные на рис, подвергают механической обработке. Величину припусков на механическую обработку отливок устанавливают по ГОСТ 2.423-73.

Допускаемые отклонения в размерах моделей регламентируются ГОСТом 13138-67. Величина допускаемых отклонений на размеры отливок проставляется на чертеже отливки. Отверстия в отливках можно высверливать, а не выполнять с помощью стержней, если диаметр отверстия не превышает 20 мм для массового, 30 мм - для серийного и 50 мм - для индивидуального вида производства.

Класс точности отливки - II.

Габаритный размер 270 мм, при этом припуск на механическую обработку - 1,5 мм; габаритный размер 776 мм - 2 мм. Для верхней части отливки припуск дается больше, т.к в верхней части скапливается шлаковые включения и появляются газовые раковины.

7. Определение припусков на усадку сплава

Величина припуска на усадку выбирается в зависимости от усадки материала отливки. В таблице приведены средние значения величин линейной усадки наиболее распространённых литейных сплавов.

Таблица Среднее значение линейной усадки литейных сплавов.

Сплав	Литье	Линейная усадка в градусах
Серый чугун	Мелкое Среднее Крупное	0,2ч1,2 0,6ч1,0 0,4ч0,8
Углеродистая и низколегированная сталь	Мелкое Среднее Крупное	0,8ч2,2 1,6ч2,0 1,4ч1,8

8. Определение величины формовочных уклонов

Формовочные уклоны обеспечивают извлечение модели из формы и стержней из ящиков. Формовочные уклоны устанавливаются ГОСТом 3212-80 (табл) и выполня-ются в направлении извлечения модели из формы или стержня из стержневого ящика.

Формовочные уклоны рекомендуется изображать во всех проекциях. Допускается выполнять для наглядности несколько увеличенными формовочные уклоны. В плане формовочные уклоны изображают двумя линиями на расстоянии 1-1,5 мм.

При большом количестве одинаковых раршеров формовочных уклонов в технических условиях указывают их значение специальным пунктом. Например: «Неуказанные формовочные уклоны не более 1° 30'». При этом на чертеже указываются только те уклоны, которые не соответствуют указанию в технических условиях.

Таблица 8. Формовочные уклоны.

Измеряемая высота поверхности модели, мм	Угол уклона в градусах
	Формовочные уклоны наружных поверхностей моделей и стержневых ящиков	Формовочные уклоны литейных болванов
	Модели
	Металлические	Деревянные	Металлические	Деревянные
До 20	1 30	3	3	3
21ч50	1	1 30	2	2 30
51ч100	0 45	1	1	1 30
101ч200	0 30	0 45	0 45	1
201ч300	0 30	0 30	0 45	1
301ч500	0 20	0 30	0 30	0 45
501ч800	0 20	0 30	0 30	0 45
801ч2000	-	0 20	-	-
Свыше 2001	-	0 15	-	-

9. Границы стержней и их конструкция

При конструировании стержней необходимо соблюдать следующие условия:

- стержень должен оформлять поверхность отливки с заданной точностью;

- установка стержня в форму должна быть удобной, допускающей просмотр и контроль размеров формы;

- конструкция стержней должна допускать изготовление его без затруднений;

- обеспечение свободного удаления газов, образующихся при заливке; и лёгкого удаления стержневой массы из отливки в период её очистки;

- стержень должен обладать высокой податливостью и достаточной механической и термической стойкостью.

Конструирование стержней начинается с установления по чертежу деталей, поверхностей и частей отливки, которые должны быть ими оформлены. Намечаются предварительные границы между основными стержнями. Детальный анализ условий изготовления и службы каждого изделия позволяет уточнить количество стержней, их конструкцию и границы. Определяют направление набивки стержней, крепление их каркасами, вентиляции, контуры, размеры знаков, величину уклонов знаков и зазоры по контуру знаков.

Для предупреждения деформации стержней в процессе их сушки, транспортировки одновременно с проектированием стержней необходимо проектировать фасонные, плиты (драйверы). Прочность средних и крупных стержней обеспечивается специальными каркасами. Допустимое расстояние от проволочного каркаса до поверхности стержня должно быть 5-10 мм.

В тех случаях, когда конструкция детали не допускает применения стержневых знаков достаточной прочности, применяют жеребейки как дополнительное крепление стержней.

Размеры, уклоны и зазоры между знаком стержня и формой по ГОСТ З606-80.

В зависимости от положения стержней в форме они подразделяются на горизонтальные и вертикальные.

Для удобства изготовления форм и стержней, а также их сборки знаковые части моделей имеют уклон. Для удобства сборки форм между знаком формы и стержней предусматриваются технологические зазоры

Предупреждение осевых и радиальных перемещений стержней достигается специальными фиксаторами.

В массовом и крупносерийном производствах размеры знаков выполняются по 1 классу точности с минимальными допусками. Для серийного производства использу-ется 2 класс точности с несколько большими допусками, для индивидуального и мелкосерийного производства применяется 3 класс с наиболее допустимыми колеба-ниями размеров (ГОСТ 3606-80).

Величина верхнего знака стержня при длине стержня 160 мм, выбирается = 25 мм Высота нижнего знака стержня выбирается равной 15 мм.

По ГОСТ 3606 - 80 формовочные уклоны на знаковых стержнях назначаются в зависимости от высоты знаков и расположения его в форме. Знаки стержня при высотах 25 и 15 мм имеют уклоны: нижний = 7, верхний = 10.

Зазор S₁ при длине стержня L = 160 мм и высоте знака 25 мм = 1 мм.

10. Разработка конструкции модели, стержневых ящиков и модельных плит

При разработке модельного комплекта, еще на стадии проектирования чертежа отливки определяют положение отливки в форме, руководствуясь двумя принципами:

1. Должны быть созданы условия для направленного затвердевания отливки (снизу вверх) - тонкие части отливки должны располагаться внизу, массивные вверху.

2. Возможно большая часть отливки (лучше вся) с базовыми поверхностями должна располагаться в одной полуформе, при этом обрабатываемые поверхности (со знаком ) должны располагаться внизу или вертикально.

Технологический чертеж отливки используется для разработки технологии изготовления и проектирования модельного комплекта (моделей, стержневых ящиков, шаблонов).

По чертежу вычерчиваются в масштабе 1:1 эскизы модельного комплекта, причем размеры с чертежа на эскиз переносят с помощью усадочной линейки (метра), которая автоматически учитывает усадку данного сплава, т.е. размер модели и стерж-невого ящика будет больше (меньше) на величину усадки данного сплава.

При вычерчивании эскиза поверхности модели, расположенным вертикально по отношению к плоскости разъема, придают уклоны в сторону последней. Величина уклона материала модели и степени механизации процесса изготовления форм.

Далее выбирают конструкцию стержневого ящика и выполняют его эскиз.

При производстве единичных отливок и небольших серий в качестве материала для модельного комплекта используется древесина (ГОСТ 1335-67); при крупносерийном металл (легкие сплавы ГОСТ 19505-74,11961-66, чугун 13138-67) и пластмассы ГОСТ 19505-74. Для удобства формовки модель делается разъемной. При серийном производстве части модели укрепляют винтами на модельных плитах. В настоящее время в условиях мелкосерийного производства широко применяют координатные модельные плиты, что в свою очередь, позволяет применять формовочные машины.

Материал опок СЧ10.

Модельные плиты изготовляют чугуна марок СЧ-15 и выше по ГОСТ 1412-79.

Металлические вкладыши модельных плит изготовляют из алюминиевых сплавов марок АЛ 3В, АЛ 4В, АЛ 7В, АЛ 9В, АЛ 10В, АЛ 14B по ГОСТ 2085-75.

10.1 Классификация моделей

Модели классифицируются по размерам. При ручной формовке к малым моделям относятся те, которые имеют наибольший габаритный размер не более 500 мм, к средним - от 500 до 1500 мм и к крупным моделям - более 1500 мм. При машинной формовке граничными размерами являются 1500 и 500 мм.

По конструкции модели (ящики) подразделяются на: несложные (простые), средней сложности и очень сложные.

К 1-м относятся неразъёмные модели или модели с разъёмом по плоскости. Конфигурация этих моделей простая, они без стержневых знаков или имеют знаки простой цилиндрической, ионической или прямоугольной формы (крынки, втулки).

Модели средней сложности изготовляются с применением шаблонов, имеют знаки стержней относительно простой конфигурации (шестерни с литым зубом, картер).

Очень сложные модели предназначены для отливок с большим количеством полостей, выполненных стержнями сложной формы (блок цилиндров, головка блока).

10.2 Выбор материала для изготовления модельного комплекта

Модельный комплект может изготавливаться из дерева, металла, пластмассы и других материалов. Краткая характеристика указанных материалов приведена в таблице.

Таблица Материалы, применяемые для изготовления модельной оснастки.

Материал	Марка или состав	Область применения	Стойкость (количество съемов)
			при ручной формовке	при машинной формовке
Дерево	Ель, сосна, береза, ольха, липа, бук и др.	Единичное и мелкосерий-ное пр-во. Для моделей любых размеров и сложн	До 100	До 1000
Чугун	СЧ-12 до СЧ-21	Крупносерийного и мас-сового пр-ва. Для изг мелких и средних моде-лей, стержневых ящиков и модельных плит.	-	До 10000
Алюмини-евые сплавы	АЛ 12, АЛ 24, АЛ 26, АЛ 27, АЛ 28	Серийного и массового производства. Для изготовления моделей и стержневых ящиков.	До 3000	До 5000
Пластмассы	Эпоксидная смола с наполнителем и отвердителем. Самотвердеющий акрилат АСТ-Т.	Для отливки мелких и средних размеров при серийном производстве.	До 500	До 1500
Строительный гипс	Гипс - 50%, вода - 50%.	Для опытных и единичных отливок.	До 200	До 1500

В качестве основного экономического показателя рентабельности выбора того или иного материала можно принять удельную себестоимость отдельных элементов модельного комплекта. Удельная себестоимость определяется отношением себестоимости модели С_мод. стержневого ящика С_ст.я. к числу съёмов.

где У.С._м.к. и У.С._ст.я. - удельные себестоимости модели и стержневого ящика.

m, n - максимальные числа съёмов полуформ и стержней, т.е. числа съёмов до первого ремонта моделей и стержневых ящиков.

В справочниках приведены значения себестоимости моделей из различных материалов, min числа съёмов с них полуформ при машинной формовке. Применение металлических или пластмассовых моделей рентабельно только в том случае, если их удельная себестоимость, подсчитанная по вышеприведённым формулам, меньше или равна удельной себестоимости деревянных моделей.

Основные размеры конструктивных элементов моделей и стержневых ящиков - ГОСТ 13138-67.

10.3 Металлические модельные комплекты

Металлические модели изготовляют сплошными, если они имеют средние габаритные размеры. При больших размерных величинах их получают полым литьём. В последнее время изготовляют комбинированные модели из металла и капролона, который легче обрабатывается и имеет достаточную прочность.

Корпус стержневого ящика высотой до 100 мм - цельнолитой, а свыше 100 мм - составным, фиксацией их служат контрольные штифты. Половинки стержневого ящика спаривают затворами с барашком, шарнирной скобой и штырём с клином. Для перемещения, удобства и безопасности они должны иметь цапфы и другие устройства.

Стержневые ящики пескодувной и пескострельной формовки изготовляют из стали, чугуна и алюминиевых сплавов.

Стержневые ящики имеют воздухоотводные (венты) и вдувные отверстия (сопла). Отношение площади воздухоотводных отверстий к площади сечения вдувных отверстий равно 0,2-0,3. При массовом - отношение увеличивают до 0,4-0,5.

На обеих половинках стержневого ящика имеются канавки, одна из которых шириной до 2 мм, а другая шире первой на 0,2-1,0 мм. В узкую канавку вставляют мягкую прорезиненную ленту, которая при спаривании стержневого ящика, своим выступающим концом входит в широкую канавку, обеспечивая герметизацию стыка. Возможны и другие способы уплотнения стыков стержневых ящиков.

Вентиляцию стержневого ящика осуществляют в основном латунными вентами.

10.4 Модельные плиты

При конструировании модельных плит учитывают масштаб производства отливок, габаритные размеры полуформ, вид и условия формовки, конструктивные особенности и необходимые размеры формовочных машин, наличие размерных опок.

Модельные плиты для ручной формовки - простые деревянные ящики.

Модельные плиты массового и крупносерийного производства стандартизиро-ваны и нормализованы.

Для расширения применения машинной формовки в единичном и мелкосерий-ном производстве используют различные конструкции быстросменных модельных плит, особенно с вкладышами, и координатные плиты.

Плиты и рамы модельных плит изготовляют из стали марок 25Л, 30Л, 35Л по ГОСТ 1050-88 и из чугуна марок СЧ-15 и выше по ГОСТ 1412-79.

Металлические вкладыши модельных плит изготовляют из алюминиевых сплавов марок АЛ 3В, АЛ 4В, АЛ 7В, АЛ 9В, АЛ 10В, АЛ 14B по ГОСТ 2085-75, деревянные - из ольхи и ясеня по ГОСТ 2695-71, сосны по ГОСТ 8486-66, фанеры марок ПФ-А и ПФ-Б по ГОСТ 8673-68.

11. Расчёт и конструирование литниковых систем

Расчету литниково-питающей системы предшествует анализ технических условий и конструкции отливки, а также разработка чертежей отливки и модельного комплекта,

При расчёте литниковой системы необходимо определить или выбрать:

- оптимальный тепловой режим затвердевания отливки и место подвода расплава, к полости формы:

- черновой объем отливки V_отл и её массу М_отл ;

- тип литниковой системы;

- тип заливочного ковша (поворотный, чайниковый или стопорный);

- тип прибылей (прибыли);

- объём, размер и массу прибыли;

- размеры литейной формы, что позволит определить высоту стояка, которая далее считается заданной;

- рассчитать размеры элементов литниковой системы.

11.1 Оптимальный тепловой режим затвердевания отливки и место подвода металла к полости формы

Регулируя интенсивность отвода тепла от частей отливки можно обеспечить направленное или одновременное затвердевание сплава в разных её зонах.

Под направленным затвердеванием понимают процесс, когда затвердевание сплава в форме происходит в направлении к прибыли. Для создания таких условий питатели подводят к массивным частям отливки - под прибыль или в прибыль.

При одновременном затвердевании толстые и тонкие части отливки затвердевают примерно за одинаковое время. Для создания таких условий питателя подводят к тонким стенкам отливки.

Направленное затвердевание необходимо обеспечить при изготовлении отливок из сплавов, образующих концентрированные усадочные раковины (сталей, алюминиевых, бронз, магниевых и др. сплавов). Однако при больших температурных градиентах образуются большие внутренние напряжения при затвердевании сплава.

Одновременное затвердевание целесообразно обеспечить при производстве от-ливок из сплавов, не склонных к образованию концентрированных усадочных раковин (серый чугун, оловянные бронзы), а также при необходимости уменьшить величину внутренних напряжений.

11.2 Определение чернового объёма и массы отливки

Определение чернового объёма:

Мотл. = Vотл.ж = 1904347.82 мм3 0,0069г/мм3 = 13,14 кг;

где Vотл. - объём отливки с прибылью (1904347.82 мм3 );

ж - плотность расплавленного металла (0,0069г/мм3);

Мотл. =13,14 кг;

11.3 Выбор типа литниковой системы

Литниковые системы подразделяют:

- по гидродинамическому признаку,

- по направлению истечения расплава в полость форты относительно горизонталь-ной плоскости (верхние, горизонтальные, вертикальные, вертикально-щелевые, нижние (сифонные), ярусные (комбинированные) и другие).

Сужающиеся системы - это такие системы, у которых узкое место - сечение питателей, лимитирующее расход металла в литниковой системе. При этом:

где f_ст., f_шл. - площадь стояка и шлакоуловителя;

f_пит. - площадь питателя.

Сужающаяся система обуславливает истечение расплава из питателя в полость формы с большой скоростью, при этом возможны захват воздуха, разбрызгивание, окисление металла, разрушение формы и стержня.

Расширяющиеся системы - это такие системы, в которых узкое сечение - стояк

Эти системы обеспечивают уменьшение скорости движения расплава от стояка к питателям.

При производстве легких сплавов и сталей применяют только расширяющиеся системы. При пр-ве легких сплавов и сталей применяют только расширяющиеся системы. При пр-ве чугунных отливок применяются сужающиеся системы, которые обеспечивают хорошее улавливание и задержку шлака.

Верхние литниковые системы - это вертикальные каналы, из которых расплав поступает в полость формы сверху, перпендикулярно плоскости горизонта.

Особенность всех верхних литниковых систем заключается в том, что в период заливки создаётся горячее "зеркало" расплава, и это способствует направленному затвердеванию отливки снизу вверх.

Не рекомендуется применять верхние литниковые системы для сплавов легко окисляющихся, образующих окисные и другие плены.

Горизонтальные литниковые системы имеют расположение шлакоуловителей и питателей в горизонтальной плоскости разъёма форм сбоку отливки. В зависимости от мест подведения питателей они подразделяются на: верхние и боковые, нижнебоковые и средневековые.

Верхнебоковые горизонтальные системы можно применять для невысоких (до 300 мм) отливок. Вся полость формы заполняется при падении расплава из питателей.

Нижнебоковые горизонтальные системы применяют для сплавов, образующих плену. Эти системы обеспечивают поступление расплава через питатели под затопленный уровень без разбрызгивания и вспенивания.

Среднебоковые горизонтальные системы получили самое широкое распространение при машинной формовке в чугуно-сталелитейных цехах, при литье сплавов, не склонных к образованию плен. Часть полости ниже разъема заполняется при падении расплава из питателей, а выше разъема - под затопленный уровень.

Нижние (сифонные) литниковые системы широко применяют в кокилях и разовых оболочковых формах с вертикальным разъёмом для отливок из алюминиевых, магниевых, медных и железоуглеродистых сплавов.

Для данной отливки применяем горизонтальную верхнебоковую литниковую систему - расширяющуюся, она обеспечивает уменьшение скорости расплава от стояка к питателям.

Горизонтальная литниковая система имеет расположение шлакоуловителей и питателей в горизонтальной плоскости разъёма форм сбоку отливки.

11.4 Выбор типа заливочного ковша

По конструкции ковши есть с носком, чайниковые, барабанные и стопорные.

Барабанные ковши - применяют при производстве тонкостенных мелких и средних отливок (важно сохранить температуру жидкого металла) и как раздаточные для заполнения мелких ковшей, из которых затем заливают формы. Широко применяются при заливке цветных сплавов, а также при транспортировке чугуна на большие расстояния.

Чайниковые и стопорные ковши хорошо задерживают шлаковые включения. Нашли применение при заливке стали и жаропрочных никелевых сплавов. Стопорные ковши большой емкостью (до 100 т) используют при заливке чугунных отливок.

Ковши с носком применяют при заливке форм, расположенных на конвейерах.. При массовом производстве выпуск металла производится в раздаточный ковш, а затем на конвейере металл переливается в разливочный ковш.

В зависимости от развеса заливаемых отливок подбираются стопорные стаканы для стопорных ковшей

При подготовке ковша к плавке проводят текущий ремонт футеровки, удаляют со стенок и днища ковша шлаковые и металлические ностыли, после чего футеровку снова восстанавливают, сушат. Сразу после прогрева ковш заполняют расплавом.

Заливка производится механизированно на заливочной машине. Отливки изгатавливаются из стали. Температура заливаемого жидкого металла 1600С. Заливку жидкого металла осуществляют с помощью стопорного ковша. Емкость ковша для отливки до 30 кг берется равной 50 - 80 кг.

11.5 Выбор типа прибыли, расчёт её объёма, размеров и массы

Расчёт прибылей произведём по методу П.Ф. Василевского [2]. Однако по этому методу рассчитывают прибыли, которые имеют диаметр не менее 50 мм. Размеры прибылей для питания разных тепловых узлов отливки определяют согласно отношениям параметров отливки и прибыли по таблице.

Табл. 1.Ориентировочное соотношение основных параметров отливки и прибыли

B, мм	Дп/В При отношении Нп/Дп	Тип прибыли	Доливка прибыли
	1	1,2-1,25	1,5
50-120 120-200 200-500	2,4-2,6 2,2-2,5 2,1-2,63	2,6-2,5 2,1-2,4 2,0-2,3	2,2-2,3 2,0-2,3 1,9-2,2	Закрытые Закрытые/откр Открытые	Необходима Необходима

Табл.2.

В,мм	НОТЛ/В	Д/В	Нп/Дп
		Исполнение1	Исполнение2	Исполнение1	Исполнение2
60	3 5 8	1,3-1,8 1,4-1,9 1,5-2,0	1.6-2,1 1.7-2,2 1,8-2,3	1,2-1,3 1,2-1,4 1,2-1,5	1,1-1,2 1,1-1,3 1,2-1,5
100	3 5 8	1,2-1,6 1,3-1,7 1,4-1,8	1,5-2,0 1,6-2,1 1,8-2,3	1,2-1,3 1,2-1,4 1,2-1,5	1,1-1,2 1,1-1,3 1,2-1,5
200	3 5 8	1,2-1,4 1,3-1,4 1,3-1,5	1,4-1,9 1,5-2,0 -	1,1-1,3 1,2-1,5 -	1,0-1,2 1,1-1,4 -
300	3 5 8	1,2-1,4 1,2-1,5 1,2-1,5	1,4-1,8 - -	1,2-1,4 - -	1,1-1,5 - -

где: В - горячки узел отливки или наибольшая толщина стенки отливки в мм;

Д_{П -} диаметр прибыли в мм;

Н_П, - высота прибыли в мм.

Рассчитываем прибыль по таблице №2.

В = 20 мм;

Нотл / В = 3;

Дп / В = 1; Дп = 1*В = 30мм;

Нп / Дп = 1,3; Нп = 30*1,3 = 40 мм;

По конструктивным особенностям конкретной отливки принимаем следующие размеры прибыли:

Дп = 30 мм или Rп = 15 мм.

Нп = 40 мм.

11.6 Определение размеров литейной формы

В целях экономии металла, расходуемого на изготовление опок, а также уменьшения количества формовочных смесей, необходимо рационально располагать модели в форме.

От верха модели до верха опоки 120 мм, от низа модели до низа опоки 60 мм, от модели до стенок опоки 40 мм, от кромки стояка до стенки опоки 90 мм, между кромками моделей 110 мм, от кромки шлакоуловителя до кромки модели 35 мм.

11.7 Расчёт размеров элементов литниковой системы

Расчётная формула для определения площади узкого сечения литниковой системы имеет вид:

f_узк - площадь сечения сточка для расширяющейся литниковой системы и площадь сечения питателей при сужающейся системе, см²;

М - масса всех отливок и верхних прибылей при расширяющейся системе, кг; с - плотность расплава, кг/м3;

ф - продолжительность заполнения формы расплавом, с;

м - коэффициент расхода литниковой системы - безразмерная величина, всегда меньше единицы; м = 0,55

g - ускорение силы тяжести, м/с;

Н_р - расчётный напор металла, м. Н_р = 150 мм =0,15 м

11.8 Расчёт продолжительности заполнения форм

Предложено много формул для расчёта времени заполнения форм, из которых широкое применение нашла формула А.Ф.Соболева и Г.М.Дубицкого:

S - коэффициент, учитывающий род сплава, тип литниковой системы, величина безразмерная, экспериментальная. S = 1,5

M - масса отливки, кг;

д - преобладающая величина стенки отливки, мм.

11.9 Определение коэффициентов расхода металла

Теоретические расчёты и эксперименты показали, что м глазным образом зависит от количества поворотов и других местных сопротивлений в литниковых системах.

м = 0,55

11.10 Определение расчётного напора

Расчётный напор Н_р зависит от способа заливки, типа литниковой системы, положения отливки в форме, типа разливочного ковша и других факторов. Для определения напора при заливке через литниковую чащу необходимо учитывать уровень металла в чаше, а при заливке через воронку - уровень металла в ковше.

Поэтому расчётный напор является средним за время заливки, его рассчитывают по формуле:

где: H₀ - начальный напор - расстояние от верхнего уровня Ме в чаше до гор оси питателя, м;

Р - высота части отливки, находящейся выше горизонтальной оси питателя, м; С - полная высота отливки без верхних прибылей, м;

При подводе питателей в самую нижнюю часть отливки (горизонтальные, нижнебоковые и сифонные системы) С = F, тогда:

При горизонтальных верхнебоковых или верхних литниковых системах (рис. 27, в) Р = 0, тогда

Высоту литниковой чаши выбирают в зависимости от высоты стояка. Зависимость между высотой чаши и высотой стояка следующая.

Высота чаши, см	8	10	12	14	16	18	20	22
Высота стояка, см	До 15	15 ч 25	25 ч 30	30 ч 45	45 ч 60	60 ч 75	75 ч 90	90 ч 120

За расчётную величину принимают высоту уровня расплава в чаше h_ч, которая на 10-20 мм меньше высоты Н₄.

При заливке через воронку из поворотного ковша расплав поступает в воронку с высоты H₁ (рис. 28), которую необходимо рассчитывать. При расчётах формула (10) принимает вид:

Вывод: расчётный напор следует определять по схеме (рис. 29, б):

где К = 0,8. (экспериментально получен)

Величина Н₁ - расстояние от дна ковша до верхней плоскости воронки составляет 100-150 мм.

11.11 Расчёт диаметра отверстия стопорного ковша

Стопорный ковш позволяет регулировать скорость истечения расплава через носок ковша, из стопорного ковша регулировать скорость истечения можно только уменьшая живое течение стопором.

Рассчитана площадь сечения стояка - узкое место расширяющейся системы f_узк.. Надо рассчитать площадь сечения стопорного стаканчика (f_отв.) и его диаметр (d_отв.).

где м_К - коэффициент расхода расплава из ковша, равен 0,86;

м_л.с. - коэффициент расхода расплава через литниковую систему.

Диаметр отверстия стаканчика:

11.12 Определение размеров элементов литниковой системы

Рассчитывают площадь узкого сечения литниковой системы. Площадь сечений остальных элементов, как функцию площади узкого сечения (стояка), берут по следующим данным. f_ст. = 1; f_шл. =1,3; f_пит. =1,5.

Площадь сечения стояка F_СТ = 15 см³;

Площадь сечения шлакоуловителя:

F_шл = 1,3 * 15 =19,5 см²;

Площадь сечения питателей:

F_пит = 1,5 * 15 = 22,5 см²;

Размеры стояка.

Диаметр стояка внизу (d_ст.н.) определяют по формуле:

Диаметр стояка вверху определяют по формуле:

где Н₀ - высота стояка, см.

Размеры заливочной воронки определяют после расчёта d_ст.в.:

нижний диаметр воронки d_в.н. = d_ст.в.=4,3 см

верхний диаметр воронки dв.в. = (2ч3)•d_ст.н = (2-3)*4,3 = 9 см_.

высота воронки h_в.=(2ч3)•d_ст.в.= (2-3)*4,3 = 9 см

Размеры заливочной чаши рассчитывают из условия, что объем её составляет 9ч11 % от объема расплава, заливаемого в форму (без учёта объёма самой чаши), тогда примем объём чаши 10 %, получим:

где V_расп. - объем расплава на все отливки и литники в форме (без чаши), см³,

аh - длина чаши, см;

Размеры шлакоуловителя рассчитывают после расчёта его площади.

Ширина у основания - ;

Ширина вверху - ;

Высота шлакоуловителя - .

Для форм стальных отливок, когда улавливание шлака литниковой системой не имеет значения, высоту h_пит. можно принимать равной h_шл.. Однако толщина питателя не должна превышать высоту стенки отливки в том месте, куда подводится расплав. Обычно:



Ширину питателя (B_пит.) определяют по выражению:

11.13 Выбор местоположения и расчёт холодильников (схема их расположения в отливке)

Внутренние холодильники выполняют из того же метала, из которого получают отливку. К внутренним холодильникам предъявляют определённые требования - они должны быть сухими, без масел и льда, без ржавчины. Поэтому холодильники дробеструят, очищая их от окислов и простанавливают их в форму перед заливкой жидкого металла. Наружные холодильники красят противопригарной краской, чтобы не сплавлялась от воздействия горячего жидкого металла, чтобы холодильники не оплавлялись к ним нельзя подводить питание жидкого металла.

Внутренние холодильники подразделяются на удаляемые методом сверления, (они могут полностью не расплавляться в горячем узле отливки) и неудаляемые, (полностью оплавляются с жидким металлом отливки).

В зависимости от диаметра обрабатываемого отверстия применяют удаляемые внутренние холодильники следующего диаметра.

Диаметр обрабаты-ваемого отверстия,мм	12	16	20	30	40	50	60	90
Диаметр внутреннего холодильника , мм	3-4	5-8	5-12	12-15	15-20	20-25	25-30	35-40

Неудаляемые внутренние холодильники рассчитывают по формуле

где - объём холодильника, м³;

- объём части отливки, из которой отводится тепло, м³;

- плотность холодильника,, кг/м³;

Сх- удельная теплоёмкость холодильника, кДж (кг⁰К);

t_c - температура солидуса или заливаемого сплава, °К:

t₀ - начальная температура холодильника, °К;

- удельное тепло перегрева жидкого металла, кг/м²

гае - плотность сплава, кг/м³;

С_М - удельная теплоёмкость расплава, кДж (кг°К);

t₁ - температура жидкого металла при заливке °K;

L - удельная скрытая теплота плавления сплава, кДж/кг;

11.14 Охлаждение отливки

Регламентирование времени охлаждения отливок в форме диктуется необходимостью обеспечения полного затвердевания расплава, исключения образования некоторых усадочных дефектов, получения требуемой структуры металла отливок. Ускорение затвердевания сталей как правило благоприятно влияет на формирование их структуры.

При изготовлении отливок из углеродистых сталей с целью ускорения процесса формы охлаждают до выбивки и после выбивки сжатым воздухом и водой в специальных камерах.

11.15 Выбивка и очистка отливки

Форму разрушают и из отливки удаляют стержни, отделяют литники и прибыли. Для выбивки отливок из форм используется механическая инерционная решетка или накладной подвесной вибратор или вибрационное коромысло