Разработка технологического процесса изготовления отливки

Размещено на http://www.allbest.ru//

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Уральский Федеральный университет имени

первого президента Российской Федерации Б.Н. Ельцина»

Разработка технологического процесса изготовления отливки

Курсовая работа

Введение

отливка технологический припуск

В данной курсовой работе мы рассматриваем методику разработки технологического процесса изготовления отливки детали «звездочка».

Литейное производство - отрасль машиностроения, технологическими процессами которой получают литые заготовки (отливки) для деталей машин. Характерной особенностью литейного производства является универсальность-возможность получения самых разнообразных по массе, конфигурации, механическим и эксплуатационным свойствам фасонных заготовок (отливок) из чугуна, стали и сплавов цветных металлов.

Литейное производство - один из наиболее распространенных методов формообразования заготовок. По сравнению с другими методами получения заготовок литье позволяет получать отливки практически не ограниченных габаритных размеров и массы из всех сплавов, в том числе из сплавов, не поддающихся пластической деформации и трудно обрабатываемых резанием.

Сущность литейного производства заключается в приготовлении расплавленного металла необходимого качества и заливка его в специальную литейную форму. При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. В процессе кристаллизации формируются механические и эксплуатационные свойства литых заготовок, определяемые макро- и микроструктурами сплава, его плотностью, наличием и расположением в нем неметаллических включений, развитием в отливке внутренних напряжений, вызываемых неоднородным охлаждением ее частей.

Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и пр. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразности и другим факторам. Конструкторская разработка литых деталей является одной из наиболее трудных задач при проектировании новой машины, что подтверждает целесообразность и даже необходимость консультаций и совместных работ конструктора, литейщика и механика-технолога при создании новых или усовершенствования имеющихся конструкций литых деталей различных машин и механизмов.

Выбор правильной конструкции литой детали решает комплекс вопросов ее последующего изготовления. Это экономное расходование материалов, уменьшение объема и упрощение операций механической обработки, очистки, отделки и сварки литых заготовок, долговечность их службы, возможность применения более дешевых сплавов, обладающих лучшими литейными свойствами, наконец, общее снижение себестоимости литых заготовок, определяемой не только в момент выхода из литейного цеха, но и в условиях эксплуатации.

Качество производимой литой заготовки определяется в первую очередь качеством литейной формы, качеством приготовленного металлического расплава и качеством заливки его в форму.

Литейная технология может быть реализована различными способами, но основная масса отливок производится в разовых песчаных формах.

Целью настоящей курсовой работы является разработка технологического процесса изготовление стальной отливки цилиндрической звездочки литьем в разовые песчаные формы.

Выбор материала для изготовления отливки

Литейные сплавы должны обладать высокими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью, малыми усадкой и склонностью к образованию трещин); требуемые физическими и эксплутационными свойствами. Для изготовления стальных отливок используют углеродистые и легированные стали. Механические свойства легированных литейных сталей определяются количеством легирующих элементов.

Учитывая условия работы отливки, а также то, что технические условия не оговорены, для изготовления звездочки (рис. 1) выбираем материал отливки: сталь 40Х ГОСТ 4543-71. Данная сталь является легированной, конструкционной, качественной и используется для изготовления коленчатых валов, фрикционных дисков, зубчатых колес и др. Сталь 40Х имеет высокую прочность, прокаливаемость и износостойкость, обладает мелкозернистой структурой и хорошей пластичностью.

Механические свойства выбранной стали приведены в таблице 1, а содержание углерода и легирующих элементов в таблице 2.

Таблица 1.

Механические свойства стали 40Х.

Марка стали	Предел текучести	Временное сопротивление	Относительное удлинение	Относительное сужение	Ударная вязкость
	МПа	МПа	%	%	кДж/М2
40Х	500	650	12	25	400

Таблица 2.

Содержание углерода и легирующих компонентов в стали 40Х

Марка стали	С	Si	Mn	Cr	Ni
40Х	0,36-0,44	0,17-0,37	0,5-0,8	0,8-1,1	< 0,3



Рисунок 1. Звездочка

Выбор способа формовки

Весь цикл изготовления отливки состоит из ряда основных и вспомогательных операций, осуществляемых как параллельно, так и последовательно: изготовление модельного комплекта; приготовление формовочных и стержневых смесей; изготовление стержней и литейной формы; сушка стержней и форм; сборка формы; заливка формы расплавом; затвердевание и охлаждение металла в форме; выбивка отливки из формы; удаление элементов литниковой системы; удаление стержней и очистка поверхностей отливки.

Исходя из характера производства (единичное) выбираем ручную формовку. Следует отметить, что ручная формовка в тяжелом машиностроении оснащена большим количеством вспомогательных механизмов для уплотнения формовочной смеси. Таким образом, в единичном производстве ручная формовка в чистом виде почти не используется.

Облицовочной смесью, состав которой приведен в таблице 3, обкладываем модель, а остальное пространство опоки заполняем дешевой наполнительной смесью.

Формовочная смесь - это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Формовочные смеси по характеру использования разделяют на облицовочные, наполнительные и единые. Формовочные смеси должны иметь высокую огнеупорность, достаточную прочность и газопроницаемость, пластичность, податливость.

Таблица 3: Песчано-глинистые

формовочные смеси для стальных отливок.

Смесь	Масса отливки, кг	Толщина стенки отливки, мм	Состав смеси, масс %	Зерновой состав песка	Свойства смеси
			Отработанная смесь	Кварцевый песок	Глина	Сульфидная барда		Газопрони-цаемость, ст. ед.	Влажность, %	Предел прочности при сжатии, кПа
Облицовочная для формовки по сырому	до 100	?25	80-40	16,5-53	3-6,5	0,5	016А, 02А, 02Б	80-100	3,5-4,5	29-49

Количество стержней, участвующих в процессе - 1 для отверстия Ш32 мм.

Стержневая смесь - это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных стержней. Стержни при заливке расплавленного металла испытывают значительные тепловые и механические воздействия по сравнению с формой, поэтому стержневые смеси должны более высокую огнеупорность, газопроницаемость, податливость, малую газотворную способность, легко выбиваться из отливок.

Газопроницаемость - т.е. способность пропускать газы и водяные пары при заливке формы расплавом.

Податливость - способность формовочной смеси несколько уменьшаться под воздействием сжимающих сил, возникающих при усадке металла в процессе его затвердения и дальнейшего охлаждения.

Огнеупорность - свойство формовочной, а также стержневой смеси не оплавляться, не разминаться, не спекаться под воздействием высоких температур, возникающих при литье готовой продукции.

Технологичность конструкции

1. Звёздочка относится ко второй группе сложности, т. к. имеет открытую цилиндрическую форму, отверстие простой формы со свободным выходом наружу. Поверхностей, подлежащих механической обработке пять: А, Б, В, Г и Д (Рис. 2).

Рисунок 2. Поверхности звездочки, подлежащие механической обработке.

2. Внешнее очертание и конструкция литой детали простые, модель и форму для неё можно изготовить с одним плоским разъёмом; деталь легко извлекается из формы. Это можно проверить с помощью метода теневого рельефа.

3. По характеру отверстия в отливке применяется стержень простой формы.

4. Толщина стенки назначается наименьшей, но обеспечивающий необходимую прочность детали;

5. Чтобы исключить осыпание формовочной смеси в углах модели при её извлечении из формы, выполняют округление при сопряжении стенок отливки, R=5 мм.

6. Отливку в форме располагают так, чтобы затвердевание начиналось в тонких местах, постепенно распространяясь на более толстые и заканчивается в прибылях установленных на самых массивных местах.

7. Количество разъёмов должно быть минимальным. В данном случае имеется 1 разъём, а поверхность разъёма плоская.

Выбор положения отливки в форме и плоскость разъёма модели и формы

Решение вопроса о положении отливки производится с учётом требований равномерного и направленного затвердевания металла. Необходимо так же учесть, что положение отливки в форме должно обеспечивать удобство изготовления и сборки формы.

Всю отливку рекомендуется расположить в одной (нижней) опоке (Рис.3) во избежание перекосов, смещений и других факторов. По данной рекомендации и учитывая совокупность требований, получаем:

* положение отливки горизонтально;

* применяется 1 стержень;

* отливка располагается в верхней и нижней опоках.

Высоту опок выбираем по ГОСТ 2133-75. При выборе размеров опок следует учитывать, что использование чрезмерно больших опок влечет за собой увеличение затрат труда на уплотнение формовочной смеси, нецелесообразный расход смеси, а использование очень маленьких опок может вызвать брак отливок вследствие продавливания металлом низа формы, ухода металла по разъему и т. п. Примем высоту нижней части Н=105 мм, высоту верхней - Н=70 мм.

Рисунок 3. Высота опоки по ГОСТ 2133-75

Припуски на механическую обработку и технологические припуски

Припуск на механическую обработку -дополнительный слой металла, который удалится в процессе механической обработки, чтобы обеспечить заданную точность и качество поверхности отливки. Припуск на механическую обработку зависит от материала отливки, способа ее изготовления, расположения отливки в форме и наибольшего габаритного размера литой детали.

Также припуск зависит от класса точности, примем класс точности отливки 7, и при наибольшем размере 136 мм, по таблице П.6 определим припуски на механическую обработку. Согласно таблице П.7 определим допуски размеров отливок.

Согласно допусков для каждой поверхности, назначаем основной припуск на механическую обработку (таб. 4)

Таблица 4: Ряды припусков и допуски на механически обрабатываемые поверхности.

Поверхность, подлежащая мех. обработке	Выбранный класс точности размеров	Ряд припусков	Допуск размеров отливок, мм	Основной припуск, мм
А	6	2	0,8	2,0
Б	6	2	0,8	2,0
В	6	2	0,8	2,0
Г	6	2	0,8	2,0
Д	6	2	0,8	2,0

Технологический припуск применяется для упрощения и облегчения процесса изготовления отливки. В данном случае назначаются формовочные уклоны (для удобства извлечения модели из формы без разрушения её).

Назначив допуски и припуски, определяем размеры отливки (Рис. 4).

Рисунок 4. Звездочка (заготовка).

Размеры литейных форм на чертеже (приложение II) отливки выполнены с учетом 2% литейной усадки.

Выбор стержней

Для получения крупных отверстий и полостей в отливке применяются, стержни места соединения литейной формы со стержнем называются знаковыми частями (знаками). Их функция заключается в обеспечении правильного и устойчивого положения стержня в форме.

Размеры знаков стержней и зазоры между знаками стержней и модели принимают по ГОСТ 3606-80. Размеры знаков имеют важное техническое значение. Они определяются удобством сборки формы, требованием точной фиксации, а также с учётом действующих на стержень усилий при заливке.

Определим размеры знаков стержней для получения знаковых частей. (таб. 5).

Рисунок 5

Таблица 5: Размеры стержней

	Ш, мм	Боковой зазор S1, мм	Верхний зазор S2, мм	Высота знака h, мм	Дина стержня L, мм
Ст1	26,6	1,3	1,5	20	71,8

Формовочные уклоны

Формовочные уклоны модельного комплекса служат для удобства извлечения модели из формы без ее разрушения и для свободного удаления стержня из стержневого ящика. Уклоны выполняют в направлении извлечения модели из формы. Величина уклона зависит от материала модели, способа изготовления отливки и высоты боковой.

Величина уклонов зависит от размеров и места расположения поверхности.

Рисунок 6. Формовочные уклоны

Таблица 6. Величины углов формовочных уклонов

Высота поверхности, мм	Формовочный уклон модельного комплекта
H	65	34'
h1	36,2	48'
h2	20,8	10 09'
h3	8	20 17'

Прибыли и выпоры

Прибыли применяются при изготовлении отливок из стали. Прибыль - специальный технологический прилив к поверхности отливки, затвердевающий позднее самой отливки. В прибыли формируется усадочная раковина, поэтому применение прибылей позволяет получить отливки без усадочных дефектов. Прибыли различают по месту расположения: верхние, боковые; по конфигурации: открытые, закрытые; по способу заливки: проточные, сливные, независимого действия; по способу воздействия на металл, для его перемещения в отливке: гравитационные, газовые, атмосферные; по условию обогрева: обычные, утеплённые, подогревные; по способу отделения от отливок: отрезаемые и отбиваемые. Форма прибылей определяется геометрией питательного теплового узла.

Прибыль должна застывать позже отливки и обеспечивать в течении всего периода затвердевания достаточное питание теплового узла. Прибыль следует размещать по возможности в верхней части отливки с тем, чтобы она выполняла ещё и выпора. Конструкция прибыли должна обеспечивать удобства формовки и удаления её при обработке отливки.

Выпоры предназначены для вывода воздуха и газа из плоскости формы при заливке. Их используют также для уменьшения динамического давления металла на форму.

Выпоры используют для питания отливки жидким металлом в процессе её затвердевания. В выпоре образуется усадочная раковина, при кристаллизации высота выпора равна высоте верхней опоки.

Расчет литниковой системы

Литниковая система - это система каналов, через которые расплавленный металл подводят в полость формы. Литниковая система должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержание шлака и других неметаллических включений, выходов паров и газов из полости формы, непрерывную подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке.

Для изготовления звёздочки применим литниковую систему, состоящую из литниковой чаши (1), стояка (2), литникового хода (3), питателей (4) (Рис. 5).

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рисунок 7. Эскиз литниковой системы.

Суммарная площадь поперечного сечения питателя определяется по формуле:

, где

M - масса отливки с выпорами

- плотность жидкого металла,

- коэффициент расхода литниковой системы, учитывающий потери напора жидкого металла при его движении в литниковых каналах,

- время заполнения формы металлом,

- ускорение силы тяжести,

- расчетный напор жидкого металлы при заливке формы.

Масса отливки с выпорами определяется из соотношения:

, где

М -- масса отливки с учётом припусков на механообработку и технологических припусков, но без прибылей и выпоров. Для определения массы отливки m определим её объём и умножим на плотность сплава.

m=р*V

р = 7800 кг/м3 (плотность легированных конструкционных сталей).

V=V1+V2+V3

V=V1+V2+V3=0,00003+0,00034+0,00011=0,00048

М = 7800*0,00048 = 3,7 кг

Масса отливки с выпорами определяется из соотношения:

,

где = 3,7 - масса детали, с учетом припусков на механическую обработку.

Время заполнения формы металлом определяется по формуле:

; где

= 1,5 - коэффициент продолжительности заливки;

= 19,2 мм- характерная толщина стенки,

Расчетный напор жидкого металла определяется по формуле:

; где

= 70 мм. - высота стояка над питателем;

= 71,8 мм. - общая высота отливки;

= 24,3 мм. - высота отливки выше места подвода металла (высота отливки над питателями);

Тогда:

Площадь сечения летникового хода и стояка находим из соотношения:

; где

- площадь сечения летникового хода;

- площадь сечения стояка.

Найдем площадь летникового хода:

;

тогда:

Найдем площадь стояка:

;

тогда:

Так мы выбрали два питателя, то площадь одного определяется по формуле:

Диаметр стояка определим по формуле:

;

Следовательно:

;

примем диаметр стояка рамным Ш13 мм.

Сечение литникового хода представляет собой трапецию высотой 10 мм, основания которой равны 10 мм и 15 мм.

Размер трапециидальных питателей, высотой 5 мм и основаниями, равными 7 мм и 5 мм.

Выпоры предназначены для вывода газов из полости формы при заливке. Примем количество выпоров 2, расположим на самые высокие точки отливки. Сечение выпора в основании принимаем равным Ш10 мм.

Диаметр заливной воронки находим из соотношения (2,7…3,0), примем Dвор = 36 мм;

Заключение

В ходе проведенной работы изучена технология получения заготовок литейным способом.

В начале работы для заданной детали определили материал. Исходя из конструкции и формы детали, определили способ получения заготовки (литье в песчаную форму, ручная формовка). Для поверхностей механически обрабатываемых определили припуск с последующим расчетом заготовки. Определили размеры опоки, стержней.

Во второй части работы провели расчет литиковой системы с расчетом сечений ее элементов, временем заполнения литейной формы.

Графическая часть состояла из разработки чертежа детали по заданным параметрам и разработки чертежа элементов летниковой формы и отливки.

Полученные знания позволят в дальнейшем при выборе способа получения заготовки для различных деталей провести анализ с выбором оптимального и экономически целесообразного способа получения заготовки. Этому будет способствовать опыт расчета заготовки, определение механически обрабатываемых поверхностей.

Список используемой литературы

1. Технология конструкционных материалов: методические указания к выполнению курсовой работы по разделу: «Литейное производство»/ В.И. Черменский, М.Д. Харчук, Р.А. Сидоренко. Екатеринбург: УГТУ, 2000.

2. Д.А. Дальский ТКМ: М.: Машиностроение, 2004.

3. В.Т. Жадан Технология металлов и других конструкционных материалов: М.: «Высшая школа», 1970.

4. ГОСТ 26645-85. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припусков на механическую обработку. М.: Издательство стандартов, 1986.

5. А.Г. Косилова, Р.К. Мещерякова Справочник технолога - машиностроителя 1, 2 том, М.: Машиностроение, 1985.

6. Марочник сталей и сплавов/ В.Г. Сорокин. М.: Машиностроение, 1989.

Размещено на Allbest.ru