Проблема повышения качества отливок

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

ь

Содержание

Введение

1. Проектирование литейной технологии

1.1 Общая характеристика литой детали

1.2 Выбор и обоснование метода формовки

1.3 Анализ технологичности литой детали

1.4 Выбор положения отливки в форме

1.5 Выбор плоскости разъёма

1.6 Определение числа отливок в форме

1.7 Расположение и расчёт элементов ЛПС

1.8 Выбор габаритов, конструкции опок и способа их крепления

2. Изготовление моделей

2.1 Определение припусков на механическую обработку

2.2 Назначение уклонов

2.3 Определение толщины стенок моделей (модельных плит), выбор материала и способа изготовления

3. Разработка технологий изготовления форм

3.1 Описания технического процесса изготовления полуформ

3.2 Сборка формы

4. Описание технологии плавки и заливки расплава в форму

4.1 Характеристика сплава

4.2 Выбор плавильного агрегата

4.3 Описание процесса плавки расплава

5. Технология обрубки и термообработки отливки

6. Возможные виды брака и меры их предупреждения

7. Основные мероприятия техники безопасности

Введение

Литейное производство - одно из древнейших ремёсел, освоенных человечеством. Первым литейным материалом была бронза. В древности бронзы представляли собой сложные сплавы на основе меди с добавками олова (5-7 %), цинка (3-5 %), сурьмы и свинца(1-3%) с примесями мышьяка, серы, серебра (десятые доли процента).

Зарождение выплавки бронзы и получения из нее литых изделий (оружия, украшения, посуды и др.) в разных регионах относится к ,3--7 тысячелетию до н. э. По-видимому, почти одновременно была освоена плавка самородных серебра, золота и их сплавов. На территории, где жили восточные славяне, развитое литейное ремесло появилось в первых веках н. э.

Основными способами получения отливок из бронзы и сплавов серебра и золота были литье в каменные формы и литье по воску. Каменные формы делали из мягких пород известняка, в которых вырезали рабочую полость. Обычно каменные формы заливали в открытую, так что одна сторона изделия, образуемая открытой поверхностью расплава, оказывалась плоской. При литье по воску сначала изготовляли восковые модели как точные копии будущих изделий. Эти модели погружали в жидкий глиняный раствор, который затем высушивали и обжигали. Воск выгорал, в образовавшуюся полость заливали расплав.

Большой шаг вперед в развитии бронзового литья был сделан, когда началось литье колоколов и пушек (XV--XVI вв.). Широко известно мастерство и искусство русских умельцев, изготовивших уникальные бронзовые отливки -- «Царь-пушку» массой 40 т (Андрей Чохов, 1586 г.), и «Царь-колокол» массой 200 т (Иван и Михаил Моторины, 1736 г.).

Бронзы и позже латуни на протяжении многих веков были главным материалом для изготовления художественных отливок, памятников и скульптур.

В Советском Союзе впервые в мире разработан и освоен процесс непрерывного литья слитков из алюминиевых сплавов в электромагнитный кристаллизатор. Этот способ существенно повышает качество слитков и позволяет снизить количество отходов в виде стружки при их обточке. Основная задача, стоящая перед литейным производством в нашей стране, заключается в существенном общем повышении качества отливок, которое должно найти выражение в уменьшении толщины стенок, снижении припусков на механическую обработку и на литниково-питающие системы при сохранении должных эксплуатационных свойств изделий. Конечным итогом этой работ должно быть обеспечение возросших потребностей машиностроения необходимым количеством литых заготовок без существенного роста общего выпуска отливок по массе.

Проблема повышения качества отливок тесно связана с проблемой экономного расходования металла. Применительно к цветным металлам обе эти проблемы приобретают особую остроту. В связи с истощением богатых месторождений цветных металлов стоимость их производства непрерывно и существенно возрастает. Сейчас цветные металлы в пять--десять и более раз дороже чугуна и углеродистой стали. Поэтому экономное расходование цветных металлов, сокращение потерь, разумное использование отходов является непременным условием развития литейного производства.

В промышленности постоянно увеличивается доля сплавов цветных металлов, получаемых путем переработки отходов -- обрезе, стружки, различного лома и шлаков. Эти сплавы содержат повышенное количество разнообразных примесей, способных снизить их технологические свойства и эксплуатационные характеристики изделий. Поэтому в настоящее время ведутся широких исследования для выработки способов рафинирования подобных расплавов и отработки технологии получения качественных литых заготовок.

1. Проектирование литейной технологии

1.1 Общая характеристика литой детали

Габаритные размеры 308 х 308мм, масса отливки 22.7 кг, средняя толщина стенок 17 мм, сплав- чугун марки СЧ15-32 ГОСТ 1412-85, твердость НВ 241, производство - мелкосерийное.

Марка чугуна	Массовая доля элементов, %	Примеси не более, %
	углерод	кремний	марганец	фосфор	сера
СЧ15	3.5 - 3.7	2 - 2.4	0.5 - 0.8	до 0.15	до 0.2

1.2 Выбор и обоснование метода формовки

Отливку детали «Шкив» получаем в песчано-глинистых формах. В данном случае другие способы литья применять нецелесообразно, поскольку это наиболее экономичный и простой метод, позволяющий добиться необходимого качества отливки. Метод формовки - надув формовочной смеси с последующей допрессовкой (пескодувно-прессовый) на автоматической формовочной линии «DISA».

Использование данного метода имеет ряд преимуществ: достаточно высокое и равномерное распределение плотности смеси по всей форме (в том числе и в карманах оснастки) и минимальные уклоны модельной оснастки, что обеспечивает достаточно высокую размерную и весовую точность отливок и др.

В данном проектировании отливки «Шкив» принимаем мелкосерийное производство.

Выбор способа формовки (ручной, машинный, автоматический) зависит от размеров отливки, ее конфигурации и характера производства. Ручная формовка применяется при изготовлении малоответственных, а также крупных и тяжелых отливок в индивидуальном и мелкосерийном производстве. Машинная формовка применяется в основном для мелких и средних отливок, а иногда и крупных в условиях серийного и массового производства. Формовка на автоматических линиях применяется только в условиях массового производства.

При производстве партии отливок «Кронштейн фильтра», исходя из массы, размеров отливки и серийности используется машинная формовка. Применяем формовочную встряхивающе-прессовую машину с амортизацией ударов без поворота полуформы марки 22112. Её характеристики размеры опок в свету 500Х400 мм, высота опоки 250мм, грузоподъёмность 400 кг, производительность наибольшая цикловая 140 полуформ/ч, рабочие размеры стола 800Х560 мм, расстояние между столом и прессовой плитой 400-590 мм, частота встряхивания 550-650 1/мин, усилие прессования 65 кН, габаритные размеры 1380Х820Х1875, масса 2500 кг.

Рис 1.

1.3 Анализ технологичности литой детали

Под технологичностью литой детали подразумевают вариант ее конструкции с надежными эксплуатационными качествами, обеспечивающий удобство ее изготовления при минимальных затратах средств и материалов.

Стенки детали должны быть по возможности одинаковой толщины для равномерного затвердевания и охлаждения отливки, предотвращения коробления и образования трещин. Все сопряжения стенок отливки необходимо выполнять плавными. По возможности деталь не должна иметь тонких сложных ребер для удобства изготовления модели и формовки. Модель при формовке должна хорошо протягиваться для этого при проверке внешних очертаний используется метод теневого рельефа. Суть метода в том, что если на деталь или часть детали направить пучок параллельных лучей, перпендикулярных предполагаемой плоскости разъема формы (стержневого ящика), то он не должен образовывать условных теней на отливке и на плоскости разъема. Также для удобства формовки выполняют формовочные уклоны.

Отверстия в отливках в значительной степени осложняют технологический процесс, особенно если они имеют малый диаметр и большую глубину. Отверстия и поднутрения выполняют с помощью стержней, которые изготавливают в специальных стержневых ящиках и болванов - выступающих частей литейной формы, получаемых в процессе формовки. Машинная формовка не допускает диаметр отверстий меньше 20мм, поэтому их выполняют механической обработкой, и на чертеже отливки они перечеркнуты красными линиями.

1.4 Выбор положения отливки в форме

При получении отливок в стационарных формах под действием силы тяжести в нижней части отливки металл получается более плотным, а в верхней части сосредоточиваются газовые и усадочные раковины и рыхлоты. Исходя из этого:

- при проектировании отливку нужно стараться располагать в нижней полуформе.

- должно быть обеспечено направленное затвердевание отливки, обеспечивающее минимальное поражение усадочной пористостью и раковинами;

- детали цилиндрической формы с обрабатываемыми внешними и внутренними поверхностями и плиты должны заливаться в вертикальном положении;

- внутренние полости у отливок необходимо по возможности выполнять без применения стержней за счет болванов.

- для отливок, имеющих внутренние полости, образуемые стержнями,
выбранное положение отливки должно создавать необходимые условия для крепления стержней.

Выбранное положение отливки в форме должно быть удобным для формовки и сборки.

Данную отливку «Кронштейн фильтра» желательно расположить в нижней и верхней полуформах. Отливка безтержневая, что говорит об удобстве изготовления данной отливки.

Отливка изготавливается в парных опоках. Модель имеет разъём и частично находится в нижней и верхней полуформе.

1.5 Выбор плоскости разъёма

Плоскость разъёма формы и модели совпадает, разъём горизонтальный наиболее ответственные поверхности. Основные требования к плоскости разъема формы:

* плоскость разъема должна быть по возможности плоской для формовки с наименьшим количеством стержней;

* при формовке в парных опоках плоскость разъема должна обеспечивать наименьшую суммарную высоту формы;

* основные поверхности отливки должны располагаться преимущественно в одной и по возможности в нижней полуформе;

* разъем должен обеспечить соответствующий подвод металла и рациональное размещение частей литниковой системы;

* не рекомендуется пересекать плоскостью разъема ответственные обрабатываемые или базовые поверхности.

1.6 Определение числа отливок в форме

Для данного способа изготовление отливки использована плита 500х400

Учитывая зависимость толщины слоя формовочной смеси на различных участках формы от массы отливки на плите разместилась четыре модели.

Таблица 1

Масса отливки, кг	Минимально допустимая толщина слоя, мм
	От верха модели до верха опоки	От низа модели от низа опоки	От модели до стенки опоки	Между моделями	Между моделью и шлакоуловителем
До 5	40	50	20	30	30

1.7 Расположение и расчёт элементов ЛПС

Выбрана боковая литниковая система расположенная в плоскости разьёма.

Литниковая система состоит из: воронки, стояка, шлакоуловителя, и питателя.

Расчёт литниково - питающей системы начинают с определения сечения питателя к отливке по формуле Озанна - Диттерта.

Расчетным местом литниковой системы является ее тонкое место, а т.к. для чугуна рекомендуется сужающаяся литниковая система, то расчетным местом будет питатель, см2. Для определения площадей сечения шлакоуловителей принято соотношение ?Fп:?Fшл: ?Fсп: 1:1,1:1,5

?;

где G - масса жидкого металла в форме, принимаем м - коэффициент, учитывающий сопротивление каналов литниковой системы, для чугуна при высоком сопротивлении (при двух поворотах струи на 90?) принимаем…м=0,35

ф - продолжительность заполнения формы, с

Н - расчетный металлостатический напор металла, мм

с - плотность жидкого металла, кг/м3,принимаем с=7000 кг/м3

g - ускорение свободного падения, м/с2, g=9,8 м/с2

Расчетный металлостатический напор зависит от высоты отливки и от ее положения в форме и определяется:

= 0,146 м

Продолжительность заливки определяется:

где S - коэффициент, учитывающий толщину стенки отливки, S=2,2

д -толщина стенки отливки, д= 15мм

Определив, находим площади сечений остальных элементов литниковой системы: шлакоуловителя и стояка

=1х1,92х1,1 = 2,1см2

=1,92х2х1,15 = 4,42 см2

Расчет линейных размеров питателя

Принято 24 мм

Принято 22 мм

Принято 10 мм

Расчет шлакоуловителя

Принято 14 мм

Принято 11 мм

Принято 17 мм

Расчет стояка



Fшл = 2,1см2 Fст = 4,5см2

Кол = 2шт Кол = 1шт Кол = 1шт

= 2,1см2

1.8 Выбор габаритов, конструкции опок и способа их крепления

Выбраны чугунные литые опоки с размерами в свету 500 х 400мм. Опоки верха и низа взаимно заменяемы.

Штыри крепятся в нижней опоке при помощи гайки и шайбы. В верхней опоке устанавливают втулки.

Основной принцип, которым руководствуются при выборе опок, - максимальное использование объема литейной формы.

Размеры опок выбираются в зависимости от размеров моделей и стола машины. По рекомендуемым расстояниям между моделями и элементами формы получаем размер опоки и округляем до ближайших размеров в большую сторону согласно ГОСТ 2133-75.

2. Изготовление моделей

2.1 Определение припусков на механическую обработку

Припуски назначают по ГОСТ Р 53464-2009 Основные припуски на мех. Обработку назначают для каждого допуска в соответствии. С номинальным размеров.

Таблица 2- Припуски на размеры

Размер	Допуск	Припуск
100	3,6	3,4- 4,5
164	4,4	4,4- 6,0

2.2 Назначение уклонов

Уклоны назначают на плоскостях перпендикулярно.

В зависимости от требований, предъявляемых к поверхности отливки, формовочные уклоны следует выполнять:

· на обрабатываемых поверхностях отливки сверх припуска на мех обработку за счет увеличение размеров отливки;

· на необрабатываемых поверхностях отливки, не сопрягаемой по контуру с другими деталями, за счет увеличение и уменьшение размеров отливки;

· на необрабатываемых поверхностях отливки, не сопрягаемых по контуру с другими деталями, за счет уменьшения или увеличения размеров отливки в зависимости от поверхности сопряжения в соответствии с ГОСТ 3212-92

Таблица 3

Высота основной формообразующей поверхности hн или hв, мм	d>h
34	1042/
12	3011/

2.3 Определение толщины стенок моделей (модельных плит), выбор материала и способа изготовления

Для получение отливки применяется разъемная модельная оснастка, модель верха и низа. Модель выполняется литьем алюминия марки АК5М7 ГОСТ1583-89, модель монолитная, выполняется литьем с последующей мех. обработкой, для крепление модели к плите имеются 8 отверстий под штифты, 19 отверстий под гайки и 21 отверстие под болты (модели для машиной формовки). литый деталь заливка плавильный

3. Разработка технологий изготовления форм

3.1 Описания технического процесса изготовления полуформ

Проектируемая отливка изготавливается на автоматической формовочной линии Л- 22821.

Такие линии предназначены для изготовления мелких стержневых отливок с большим перепадом высот сложной конфигурации, для которых наиболее целесообразно получать формы методом встряхивания с одновременной или последующей подпрессовкой.

Технологический цикл изготовления отливок на линии включает следующие операции: сталкивание комплекта пустых опок с тележек непрерывно движущегося линейного конвейера; разъединение комплекта опок; последовательную формовку верхней и нижней полуформ; вытяжку моделей; установку полуформ на спутниковый конвейер для простановки стержней; сборку форм передачу собранных форм на литейный конвейер; нагружение форм грузами; заливку, охлаждение и выбивку форм.

3.2 Сборка формы

Сборка формы является ответственным процессом, требующим внимания и аккуратности. Сборка включает операции подготовки полуформ, покрытия нижней полуформы верхней, установки выходных и литниковых чаш, скрепления полуформ.

4. Описание технологии плавки и заливки расплава в форму

4.1 Характеристика сплава

Таблица 4

Марка чугуна	Массовая доля элементов,% (остальное)	Механические свойства
	С	Si	Mn	P	S	Вв	HB
				Не более	МПа
СЧ 15	3.5-3.7	2.2-2.6	0.5-0.8	0,3	0,15	150	1800-2500

Серый чугун был так назван по виду излома имеющий серый цвет. Название серый чугун не совсем корректно распространилась на литейный чугун. Так как эта ошибка была закреплена на государственном уровне стандарта ГОСТ 1412-85

Химический состав серого чугуна в зависимости от марки, содержит С2,9-3,7%;

Si 1.2-2.6%; Mn 0.5-1.1%; Р не более 0,2-0,3%; S не более 0,12-0,15%. Допускается легирование чугуна Cr, Ni, Cu , P, и другими элементами.

4.2 Выбор плавильного агрегата

Для плавки чугуна выбрана коксогазовая вагранка. Основным преимуществом коксогазовых вагранок является: экономия кокс; повышенная стойкость футеровки. Работы по оборудованию вагранок на коксогазовом топливе относительно невелики. Благодаря уменьшению расхода кокса в коксогазовых вагранках содержание серы в чугуне уменьшается на 0,02-0,03%. Содержание углерода, кремния, марганца находится на том же уровне, что и при плавке в коксогазовых вагранках, не изменяется также перегрев чугуна при поддержании оптимального режима плавки. Выбран ваграночный комплекс с подогревом дутья на коксогазовом топливе.

Тип печи: 95 112.

Производительность: 6-9 т/ч.

Установленная мощность: 400 кВт.

Расход топлива: кокс + природный газ

80-120 + 30-40.

Металлургические показатели: температура выпуска металла tm=1400-1550? C. Угар и безвозвратные потери 2,5-4,5%. Расход известняка 2,5-4%.

4.3 Описание процесса плавки расплава

Для плавки применена коксогазовая вагранка. При плавке в вагранке шихтовые материалы и газы движутся навстречу друг друга. Шихтовые материалы опускаются сверху вниз и нагреваются газами, которые движутся снизу от уровня фурм вверх, и охлаждаются, отдавая теплоту шихтовыми материалами. Для данного процесса плавки выбран кислый процесс, так как получается более качественный расплав.

5. Технология обрубки и термообработки отливки

Термическую обработку отливок проводят для снижения литейных напряжений, стабилизации размеров, снижение твердости, улучшения обрабатываемости, повышение механических свойств, износостойкости.

После выбивки отливки поступают на участок галтовки, где происходит очистка поверхности отливок от остатка формовочной смеси и ЛПС в галтовочном барабане. В дробеметном барабане проводится окончательная обработка поверхности отливок. Места подвода ЛПС зачищаются на стационарных наждаках шлифовальными кругами. Грунтовка отливок осуществляется следующим способом: окунанием отливок в краску.

Термообработку отливок из чугуна проводят для снятия литейных напряжений и стабилизации размеров, снижения твёрдости и улучшении обрабатываемости, повышения механических свойств, а также износостойкости.

6. Возможные виды брака и меры их предупреждения

Нарушение технологи - это причина появления дефектов в отливах.

Виды брака	Причины	Меры предупреждения дефектов
1.Спай и недолив	Образуются от не слившихся потоков металла, потерявших жидкотекучесть и затвердевших до заполнения всей формы	контроль за температурой расплавленного металла
2.Заливы	Возникают по разъему формы вследствие изношении опок, их коробления, а так же из-за недостаточности крепления формы	Контроль модельно-опочной оснасткой и сборкой
3.Перекос	Образуется при небрежной сборке формы в результате смещения полуформы или неправильной центровке опок	Контроль за сборкой и модельно-опочной оснасткой
4.Пригар	Образуется вследствие недостаточной огнеупорности формовочных материалов	Контроль за составом формовочных смесей и температурой заливки

Таблица 5

5. Ужимины	Появляются вследствие теплового воздействия жидкого металла на стенки формы	С целью устранения ужимин следует увеличить скорость заливки, применять специальные формовочные краски.
6.Горячие трещины	Возникают в отливках при высокой температуре заливаемого металла, неправильной конструкции ЛПС, неправильной конструкции отливок, неравномерном охлаждении	Изменить конструкцию отливки
7.Газовые раковины	Возникают при чрезмерной влажности и недостаточной газопроницаемости формовочной смеси, низкой температуры заливаемого металла, плохой просушенности формы	Их устраняют с помощью газовой сварки
8.Обвал формы	Возникают в результате слабого уплотнения формы, недостаточной прочности формовочной смеси	Контролировать плотность набивки

7. Основные мероприятия техники безопасности

Наиболее часто встречающие виды травм - это ожоги.

В подавляющем большинстве случаев причиной ожогов является выброс металла при загрузке шихты в печь или при заливке литейной формы. Поэтому основная мера борьбы с этим видом травматизма - устранение выбросов металла. Выбросы возникают в основном при загрузке в расплавленный металл влажной, непросушенной шихты или заливке металла в переувлажненную форму, на рабочей поверхности которой имеется слой конденсированной влаги. Поэтому загрузка в печь влажной шихты без предварительной ее просушки и нагрева и лома с закрытыми полостями запрещается. Запрещается заливка в переувлажненные формы.

При работе на шихтовых складах в плавильных и заливочных отделениях необходимо строго выполнять нормы и правила эксплуатации подъемно - транспортного оборудования. При эксплуатации оборудования нельзя нагружать краны и другие подъемные приспособления и транспортные средства сверх указанной на них норы и эксплуатировать их сверх срока, установленного до очередной проверки. Места разделки лома и копры необходимо защищать и ограждать от разлета осколков в окружающее пространство, эксплуатации их проводится в строгом соответствии с установленными для них специальными правилами.

Температура в плавильных печах при их ремонте не должна превышать 50?С, освещение при ремонте должно осуществляться только низковольтными лампами с бронированным проводом и защищающими сетками. До пуска дутья в вагранку крышки фурм и металлическую летку следует держать открытым и перед пуском дутья давать сигнал. После пуска дутья надо поджигать газы вокруг днища и дверец копильника. При каждой остановке дутья следует открывать крышки фурм и держать их в открытом в течение 1-2 мин после пуска дутья. Воздухопровод должен быть снабжен предохранительным клапаном.

В литейных цехах одними из главных проблем является повышенная запыленность и задымленность и повышенный уровень шума. Поэтому при проектировании литейных цехов необходимо предусматривать устройство вентиляционных систем, обеспечивающих необходимую кратность обмена воздуха в цехе, устройство эффективной местной вентиляции, предотвращающей выброс вредных выделений в атмосферу цеха, устройство воздушных душей или тепловых завес на рабочих местах и особенно там, где имеется большое теплоизлучение.

В плавильных и заливочных отделениях следует уделять особое внимание правилам пожарной безопасности. Нужно всегда помнить, что при тушении пожара, возникшего на оборудовании, находящемся под электрическим напряжением, необходимо пользоваться углекислотными огнетушителями, так как пена других огнетушителей обладает электропроводность.

Еще одна из главных проблем на литейном заводе является вибрация, которая оказывает вредное воздействие на сердечную систему человека. Поэтому формовщику предусматриваются средства индивидуальной защиты: ботинки с металлическим носком и виброгасящей подошвой (от вибрации), беруши (от шума).

Технологическая карта изготовления отливки

Технолгическая карта	Якушин Андрей Михайлович Гр. Л-311	Отделение "Технология машиностроения и литейное производства"
25.21.112	СЧ15	Литье в песчано- глинястую форму
Условие плавки	Температура перегрева, С	Режим рафинирования	Режим модифицирования
		Рафинирующее вещество	Кол-во рафинирующего вещества	Температура, С	Продолжительность, мин	Модификатор	Кол-во модификатора,%	Температура, С
	1380	-	-	-	-	-	-	-
Литейные сплавы	Усадка Линейная, %	Жидкотекучесть, мм	Содержание газов
	Свободная	Затрудненная	Проба	Условие заливки	Виды пробы	Эталон по шкале пористости
				Температура, С	Диаметр отверстия воронки, мм
				металла	формы	воронки			До рафинирования	После рафинирования
	-	-	-	1380		-	75	-	-	-
Свойства смесей	Смесь	Состав,%	Свойства
			Влажность,%	Газопроницаемость, единицы	Прочность, кПа	Режим сушки
					При сжатии	При растяжении
	Формовочная	Оборотная смесь - 91-96; кварце-вый песок - 2,5-6,0; БУС - 1,5-3,0; Крахмалит - 0,015-0,05	2,9-3,3	140-180	160 - 190	-	-
	Песчанно- глинистая	-	-		-	-	-
Характеристика ЛПС	Площадь сечения, см	прибыль	выпор
	стояк	Шлакоуловитель	питатель	Площадь основания, см	Высота, см	эскиз	Размеры, см	эскиз
	4,42	2,1	1,92	-	-	-	-	-

Эскиз каркасов	Эскиз холодильников	Размер опок, см
-	-	500*400*150/150
Эскизы стержней	Эскиз формы
Масса жидкого металла на одну форму, кг	Черно-вая масса отливки, кг	Масса отливки без литников, кг	Выход годного литья, %
1,2	2,41	1,85	86
Структура и свойства отливки	Механические свойства
	?в, Мпа	д,%	KGV, Дж/см2	НВ,МПа
	-	-	-
	Микроструктура сечений	микроструктура

Размещено на Allbest.ru