Технологические мероприятия процесса изготовления отливки "Колпак защитный"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

отливка технология процесс сплав

Введение

1. Общая характеристика отливки и анализ требований предъявляемых к ней

2. Анализ возможных способов получения отливок. Обоснование выбора метода получения отливки

3. Разработка технологических мероприятий изготовления отливки

3.1 Разработка технологических литейных указаний

3.2 Разработка конструкции модельно - литниковой оснастки

3.3 Разработка технологических этапов производства отливки

4.Расчет основных параметров выбранного способа литья

Заключение

Список литературы

 Введение

Литейное производство, одна из отраслей промышленности, продукцией которой являются отливки, получаемые в литейных формах при заполнении их жидким металлом.

Из специальных способов литья в настоящее время распространены литье в металлические формы, центробежное литье, литье под давлением, точное литье по выплавляемым моделям, литье методом вакуумного всасывания и литье в оболочковые формы.

В производстве литых заготовок специальные виды литья в настоящее время занимают уже значительное место, хотя 70...75% общего объема производства отливок (в тоннах) получают обычным методом литья в песчаную форму и только 25...30% «специальными» методами (это далеко не точно характеризует значение объема производства специальными видами литья). Методами специального литья изготовляют отливки из черных сплавов и подавляющее большинство, как правило, более легких отливок из цветных сплавов. Поэтому по числу получаемых отливок специальные методы не уступают обычному методу литья в песчаные формы.

Усовершенствование и внедрение специальных видов литья дает возможность получить отливки настолько близкие к окончательному виду изделия, что механическую обработку можно ограничить лишь чистовой.

1. Общая характеристика отливки и анализ требований предъявляемых к ней

Рассматриваемая деталь «Колпак защитный» изготавливается из сплава АК9.

АК9 относится к первой группе, так как в него входят алюминий-кремний-магний.

Сплавы на основе алюминий-кремний-магний обладают свойствами приведенными в таблице 1.

Таблица 1. Химический состав сплава АК9

Марка сплава	Вид продукции	Массовая доля основных компонентов, %	Массовая доля примесей, %
АК9	отливка	Алюминий осн. Магний 0,2-0,4 Кремний 8-11 Марганца 0,2-0,5	Не более железа 1,3 Медь 1 Цинк 0,5 Никель 0,3

Масса отливки составляет 0,14 кг. Группа по массе: 1 группа по массе (до 0,2 кг)

Отливка «Колпак защитный» относится ко 2 группе сложности, так как она имеет внешние криволинейные поверхности и простые внутренние полости с широким выходом наружу, имеет выступы и углубления простой формы и открытой полости простой формы.

Отливка «Колпак защитный» относится к 1-ой группе по назначению- отливка общего назначения.

Основные технологические свойства и применение алюминиевого сплава АК9 приведены в таблице 2.

Таблица 2. Основные технологические свойства и применение алюминиевого сплава АК9

Марка сплава по ГОСТ1583-93	Обрабатываемость резаньем	Свариваемость	Рабочая температура 0С не более	Способ литья	Твердость по Бринеллю, нВ	Примеры применения	Временное сопротивление разрыву, МПа (кгс/мм2)	Относительное удлинение, %
АК9	Удовлетворительная	Хорошая	Средне нагруженные детали сложной конфигурации	Литье в песчано-глинистые формы, литье по выплавляемым моделям, литье в кокиль, литье под давлением	600	Средне нагруженные детали сложной конфигурации	157 (16,0)	1,0

К отливке предъявляются следующие требования:

1.Точность отливки 6-0-0-6 ГОСТ 26,645-85

Отливка является 6 класса размерной точности; к массовой точности и к степени коробления требований не предъявляется (массовая точность - 0 класса, геометрическая точность степени коробления ? 0 класса); геометрическая точность припуска на механическую обработку отливки соответствует 6 ряду.

2.Отливке требуется механическая обработка поверхности.

3.Неуказаные литейные уклоны не более 2 градусов.

4.Термическая обработка не требуется. Твердость по 60НВ.

5.Допускаются выступы или выломы от удаления литников до 1 мм.

6.В отливке не допускаются трещины, сквозные раковины, спаи.



Рисунок 1-Эскиз детали «Колпак защитный»

Отливка «Колпак защитный» имеет массу 0,14 кг, толщину стенки 4 мм, отверстие диаметром 9 мм, деталь не ответственная. Отливка имеет плавные переходы, небольшую высоту, она хорошо кристаллизуется, отливка имеет небольшие габаритные размеры 66х46 мм. Мы можем обеспечить толщину стенки, плавные переходы и отверстия литьем. Следовательно деталь технологична. [1]

2. Анализ возможных способов получения отливок. Обоснование выбора метода получения отливки

Литье в песчано-глинистые формы.

Литье в разовые песчано-глинистые формы является наиболее распространенным и относительно простым способом получения отливок. Разовые песчано-глинистые формы могут быть приготовлены либо непосредственно в почве (в полу литейного цеха) по шаблонам, либо в специальных ящиках-опоках по моделям.

Внешнее очертание отливок соответствует углублениям формы, отверстия получают за счет стержней, вставляемых в полость формы.

Главное преимущество литья в песчано-глинистые формы состоит в том, что самый простой и дешевый способ изготовления отливок по сравнению с другими способами литья. Этот способ почти не ограничен по размерам, массе и конфигурации изготавливаемых отливок, так же как и по применяемому сплаву для ее изготовления.

Этот способ литья имеет наименьшую продолжительность освоения новой технологии по сравнению с другими способами и не ограничен по серийности производства, а при индивидуальном производстве это самый экономически выгодный способ производства.

Основными недостатками литья в песчано-глинистые формы являются.

-использование больших производственных площадей и энергоемкого технологического и подъемно-транспортного оборудования;

-сложность, иногда невозможность изготовления мелких, тонкостенных отливок;

-сложность изготовления отливок с высокими требованиями по точности (невысокая точность изготовления отливок требует назначения завышенных припусков на механическую обработку);

-неудовлетворительные условия труда, особенно при использовании современных смесей на основе различных смол и т.д.

Данный способ литья накладывает определенные ограничения на толщину стенок изготавливаемых отливок.

Литье в кокиль.

При литье в кокиль получаются отливки с хорошими механическими качествами благодаря мелкозернистому строению металла вследствие быстрого остывания. Отливки имеют довольно точные очертания, почти не требующие обработки, а если в них и предусматривается припуск на обработку, то в несколько раз меньше, чем при отливке в песчано-глинистую форму.

Преимущества литья в кокиль в сравнении с литьем в песчаные формы.

1. Обусловленное использованием металлической формы повышение качества отливки и стабильности показателей качества, в частности: механических свойств, структуры, плотности, шероховатости, точности размеров отливок.

2. Использование в металлических формах разовых песчаных стержней.

Это существенно расширяет возможности способа при производстве фасонных отливок со сложными внешними и внутренними поверхностями.

3. Повышение производительности труда в результате исключения трудоемких операций смесеприготовления, формовки, очистки отливок.

Поэтому использование литья в кокили, по данным различных предприятий, позволяет в 2 -- 3 раза повысить производительность труда в литейном цехе, снизить капитальные затраты при строительстве новых цехов и реконструкции существующих за счет сокращения требуемых производственных площадей, расходов на оборудование и очистные сооружения.

4. Устранение тяжелых и вредных операций выбивки форм, очистки отливок от пригара, их обрубки, общее оздоровление и улучшение условий труда, меньшее загрязнение окружающей среды.

5. Возможность механизации и автоматизации процесса изготовления отливки благодаря многократному использованию кокиля.

6.При литье в кокиль устраняется процесс изготовления литейной формы, остаются лишь сборочные операции: установка стержней, соединение частей кокиля и их крепление перед заливкой, которые легко автоматизируются.

7.Устраняются также такие возмущающие факторы, влияющие на качество отливок при литье в песчаные формы, как влажность, прочность, газопроницаемость формовочной смеси, т.е. процесс литья в кокиль является более управляемым. Для получения отливок заданного качества в кокильном производстве легче осуществить автоматическое регулирование технологических параметров процесса.

Однако способ литья в кокиль имеет и недостатки, в числе которых следующие.

1. Высокая стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его изготовления.

Стоимость кокиля возрастает при получении отливок с поднутрениями, для выполнения которых необходимо усложнять конструкцию формы -- делать дополнительные разъемы, использовать вставки, разъемные металлические или песчаные стержни.

2. Ограниченная стойкость кокиля, измеряемая числом годных отливок, которые можно получить в данном кокиле

3. Высокая интенсивность охлаждения расплава в кокиле в сравнении с

песчаной формой. Данный фактор ограничивает возможность получения тонкостенных протяженных отливок, а в чугунных отливках дополнительно приводит к отбелу поверхностного слоя, ухудшающему обработку резанием; вызывает необходимость термической обработки отливок.

4. Неподатливость кокиля, которая приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда трещин.

5. Использование в кокиле большого числа песчаных стержней. Этот фактор снижает точность получаемых отливок и повышает в этих местах шероховатость поверхности отливок.

Кокиль применяют для изготовления отливок, к которым предъявляются определенные технические требования, например, получить чугунный прокатный валок с отбеленным твердым износостойким поверхностным слоем можно только в кокиле; плотные без усадочной рыхлости с повышенными свойствами отливки из алюминиевых сплавов с широким интервалом температур затвердевания. Литье в кокиль применяют, если снижаются затраты производства на изготовление готовой детали с учетом стоимости кокиля, расхода металла в стружку и снижения затрат на механическую обработку. Этот способ литья целесообразно применять в массовом производстве и в крупносерийном, когда партия составляет 300-500 отливок.

Во многих случаях и особенно при литье стали и чугуна решающее значение имеет метод изготовления кокиля, который определяет его стоимость. Наиболее точные кокили изготавливают механической обработкой. Их применяют для литья алюминиевых и магниевых сплавов. Такие кокили дороги. Для литья чугуна и стали применяют, как правило, литые, более экономичные, хотя и менее точные чугунные кокили без последующей механической обработки.

Литье под давлением.

Принцип процесса литья под давлением основан на принудительном заполнении рабочей полости металлической пресс-формы расплавом и формировании отливки под действием сил от пресс-поршня, перемещающегося в камере прессования, заполненной расплавом. В отличие от кокиля рабочие поверхности пресс-формы, контактирующие с отливкой, не имеют огнеупорного покрытия. Это приводит к необходимости кратковременного заполнения пресс-формы расплавом и действия на кристаллизующуюся отливку избыточного давления, в сотни раз превосходящего гравитационное.

Современный процесс, реализуемый на специальных гидравлических машинах, обеспечивает получение от нескольких десятков до нескольких тысяч отливок разного назначения в час с высокими механическими свойствами, с низкой шероховатостью поверхности и размерами, соответствующими или максимально приближенными к размерам готовой детали.

Толщина стенки отливок может быть менее 1,0 мм, а масса -- от нескольких граммов до десятков килограммов.

В последнее время по способу литья под давлением весьма успешно отливают не только детали из легкоплавких металлов и легких сплавов, но и из сплавов меди -- бронзы, латуни. Применяют литье под давлением и для армированных изделий, например, из цинковый и алюминиевых сплавов с залитыми в них стальными, латунными и бронзовыми втулками, сердечниками и т.п.

Учитывая опыт производства отливок под давлением, можно отметить следующие его преимущества:

1) возможность изготовления отливок значительной площади с малой толщиной стенок (менее 1 мм);

2) возможность повышения качества отливок: отливка получается с высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности; практически не требует обработки резанием; механические свойства отливок получаются достаточно высокие;

3) возможность многократного использования металлической пресс-формы. При этом сборка формы и извлечение из нее готовой отливки выполняются машиной, а процесс получения отливки мало операционный. Указанные обстоятельства и высокая скорость затвердевания отливки в пресс-форме делают процесс литья под давлением одним из самых высокопроизводительных литейных процессов и создают предпосылки для полной автоматизации данного производства;

4) значительное улучшение санитарно-гигиенических условий труда вследствие устранения из литейного цеха формовочных материалов, меньшее загрязнение окружающей среды.

Наряду с указанными преимуществами литье под давлением имеет ряд недостатков, в их числе следующие:

1) ограниченные мощностью машины (усилием, развиваемым механизмом запирания) габаритные размеры и масса отливок;

2) высокая стоимость пресс-формы, сложность и трудоемкость изготовления, ограниченная стойкость, особенно при литье сплавов черных металлов и медных сплавов, что снижает эффективность процесса и ограничивает область его использования. Повышение стойкости пресс-форм является одной из важных проблем, особенно при литье сплавов, имеющих высокую температуру плавления. Удлинение срока службы пресс-форм повышает эффективность производства, позволяет расширить номенклатуру сплавов, из которых могут быть получены отливки под давлением;

3) трудности выполнения отливок со сложными полостями, карманами;

4) наличие в отливках газовоздушной и усадочной пористости, которая снижает механические свойства материала отливок, их герметичность, затрудняет термическую обработку, вследствие чего ограничиваются возможности изготовления отливок из сплавов, упрочняемых термической обработкой. Снижение газовоздушной и усадочной пористости отливок является одной из важных проблем, решение которой позволяет расширить область применения этого перспективного технологического процесса, повысить эффективность его использования;

5) наличие напряжений в отливках при усадке из-за неподатливости пресс-формы также ограничивает номенклатуру сплавов, из которых могут быть изготовлены отливки данным способом.

Область применения.

Литье под давлением получают сложные тонкостенные отливки из цветных сплавав массой от нескольких граммов до десятков килограммов, с точностью размеров по 4-5 классам и шероховатостью поверхности по 5 классу чистоты. Переход на литье под давлением снижает трудоемкость изготовления отливок в 10-12 раз в литейных и в 5-8 раз в механических цехах. Этот способ стал главным способом получения отливок из алюминиевых, магниевых и цинковых сплавав в массовом производстве.

Литье в оболочковую форму.

Литье в оболочковые формы позволяет изготовлять наиболее точные отливки с минимальной механической обработкой, с уменьшением расхода металла на стружку.

Характерные особенности:

Оболочковые полу формы и стержни можно изготовлять только по горячей металлической модельной оснастке. Следовательно, литье в оболочковые формы экономически целесообразнее применять в серийном и массовом производствах.

Песчано-смоляная смесь обладает высокой подвижностью и сыпучестью, поэтому получается четкий отпечаток модели в форме. Точность отпечатка не нарушается, так как после полимеризации смолы оболочка становиться очень прочной и снимается с модельной оснастки без расталкивания. Все это увеличивает точность размеров отливок.

Высокая прочность оболочек позволяет изготовлять формы тонкостенными. Поэтому мелкозернистые огнеупорные материалы (пески) обеспечивают чистую поверхность отливки, не снижая в целом газопроницаемости формы.

Тонкая газовая рубашка, образующаяся от выгорания смолы на внутренней поверхности формы при заливке ее жидким металлом, защищает поверхность отливки от пригара.

Высокое качество отливок достигается благодаря следующим особенностям технологии: высокая чистота поверхности оболочкового литья обеспечивается подбором гранулометрического состава кварцевых песков (не выше 0.16);высокая размерная точность обеспечивается применением металлической нагреваемой оснастки; высокая геометрическая точность - техническим режимом изготовления оболочек (тонкие оболочки из смесей термореактивного твердения практически не деформируются при соблюдении режимов формовки).

Изготавливают отливки 6-15 класса точности и массой до 50 кг.

Этот метод обеспечивает изготовление отливок различного назначения при использовании простой оснастки и небольших капитальных затратах на оборудование.

Этот способ дает возможность получения деталей сложной формы и различных размеров из железоуглеродистых, цветных и специальных сплавов, с широким диапазоном свойств, удовлетворяющих эксплуатационно-техническим требованиям.

Центробежное литье.

Принцип центробежного литья заключается в том, что заполнение формы расплавом и формирование отливки происходят при вращении формы либо вокруг горизонтальной, вертикальной или наклонной оси, либо при ее вращении по сложной траектории.

Изготавливаются тела вращения, трубы, втулки массой 0,01-500 кг и отливки специального назначения.

Преимущества:

-отливки имеют плотную структуру;

-центробежные отливки в меньшей степени загрязнены неметаллическими включениями;

-для образования отверстий в цилиндрических отливках не требует стержень;

-отсутствие во многих случаях литниковой системы увеличивает выход годного до 90-95%;

-возможность получения тонкостенных отливок;

-центробежным литьем можно получить двухслойные отливки.

Недостатки: один из них - сложность получения точного размера отверстия в отливке, образованного свободной поверхностью. Это объясняется тем, что диаметр отверстия зависит от количества заливаемого в форму металла. Вторым недостатком является четко выраженная ликвационная неоднородность сплава по сечению отливки. При заливке, например, свинцовой бронзы, расплав которой представляет эмульсию. Во вращающееся форме свинец центробежными силами отбрасывается к периферии, а медь, как более легкая, вытесняется к свободной поверхности. Ликвация может таким образом проявиться настолько сильно, что внутренняя часть отливки окажется медной.

По стоимости центробежные отливки приближаются к кокильноиу литью и литью в песчаные формы.

Литье по выплавляемым моделям.

Литье по выплавляемым моделям -- это процесс, в котором для получения отливок применяются разовые точные неразъемные керамические оболочковые формы, получаемые по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей.

Основными преимуществами данного способа литья являются:

-возможность изготовления сверхсложных, тонкостенных отливок с толщиной стенки до 0,75 мм и литыми отверстиями до 1 мм;

-изготовление отливок высокого качества и высокой точности;

-снижение до минимума припуска на механическую обработку отливок;

Основными недостатками способа являются:

-высокая стоимость изготовления отливок;

-ограничение по массе и габаритам изготавливаемых отливок;

-сложный процесс очистки отливок;

-литье по выплавляемым моделям является наиболее длительным и трудоемким технологическим процессом изготовления отливок.

Отмеченные особенности литья по выплавляемым моделям дают возможность получать отливки, сложные по конфигурации с толщиной стенки 1-3 мм и массой до 300 кг, точные по размерам и с чистой поверхностью. Этот способ часто называют способом точного литья.

Применение точного литья целесообразно ля изготовления деталей;

1) из стали и сплавов трудно поддающихся или не поддающихся механической обработке (режущий инструмент, нуждающийся только в заточке его режущей кромки на наждачном круге);

2) сложной конфигурации, требующей длительной и сложной механической обработки, большого количества приспособлений и специальных режущих инструментов, с неизбежной потерей ценного металла в виде стружки при обработки (турбины лопатки, части механизма швейных машин, охотничьих ружей, счетных машин);

3) художественной отливки из черных и цветных сплавов.

Непрерывное литье.

Особенностью процесса непрерывного литья отливок в отличие от разовых способов литья является стабильное во времени и пространстве положение фронта затвердевания при одновременном подводе расплава металла и вытягивании сформировавшейся отливки. Это обеспечивает получение отливок высокого качества.

Непрерывное литье (непрерывная разливка металла) предполагает разливку расплава непосредственно из плавильной печи или ковша водоохлаждаемый кристаллизатор, из которого затвердевшая отливка.

Непрерывно вытягивается с помощью затравки и специального привода.

Полунепрерывное литье является той разновидностью способа, в котором через определенные промежутки времени все механизмы возвращаются исходное состояние, и процесс повторяется.

Таким образом, суть процесса непрерывного литья заключается в возможности создания условий направленной кристаллизации и питания отливки. Как правило, заготовки, полученные способом непрерывного литья, имеют плотное, без усадочных дефектов строение, малую ликвационную неоднородность и низкое газосодержание, чистую поверхность, достаточно высокую точность размеров. Однако высокая скорость охлаждения расплава во многих случаях приводит к образованию значительных внутренних напряжений в отливках, а иногда к трещинам. Тем не менее, наряду с указанными особенностями формирования отливки, способствующими повышению качества металла, техническая реализация процесса в производстве показывает следующие преимущества этого способа литья: возможность получения отливки постоянного поперечного сечения и неограниченной длины; увеличение выхода годного путем уменьшения потерь металла с прибылью и донными частями слитков; уменьшение расходов на изготовление изложниц и литейных форм; повышение качества металла, точности и улучшения поверхности отливок; автоматизация процесса разливки расплава, возможность создания непрерывно действующих агрегатов для получения слитков и последующей их прокатки в профили или для получения литых заготовок деталей машин и последующей их обработки вплоть до готового изделия; полное исключение трудоемких операций изготовления литейных форм, выбивки, обрубки, очистки отливок; устранение из литейного цеха формовочных и стержневых смесей и связанное с этим существенное улучшение условий труда и уменьшение вредного воздействия литейного процесса на окружающую среду.

Изготавливаются отливки 4 класса точности и массой 8-85 кг.

Преимущества процесса реализуются в сферах производства отливок, механической обработки и эксплуатации готовых изделий. Способ позволяет по сравнению с литьём в разовые формы уменьшить затраты, брак, припуски на механическую обработку в 2 - 4 раза, производственные площади, себестоимость отливок на 30 - 50%, повысить производительность труда в 2 -4 раза, выход годного до 90 - 92%, прочность и износостойкость деталей на 40 - 50%. Наиболее эффективными являются способы непрерывного литья с горизонтальной технологической осью.

Возможные области применения:

Технология и оборудование могут быть использованы для получения заготовок станко- и машиностроения, гидро- и пневмоаппаратуры. Исходным сырьем служит стальной и чугунный лом, литейный и предельный чугуны, цветные сплавы, лом цветных металлов. Заготовки имеют заданную структуру и физико-механические свойства.

Сравнительная характеристика основных видов литья

Сравнительная характеристика приведена в таблице 3.

Таблица 3. Сравнительная характеристика основных видов литья

Способы изготовления форм и отливок	Масса отливки, кг	Минимальная толщина стенки, мм	Кл. точн. размеров отливок, ГОСТ 26645-85	Шерох. поверхн. отливки, Rа, ГОСТ 2789-73, мкм	Материал отливки
Литье в песчано-глинистую форму	0,1-50000	3-6	11т-14	50-100	Все сплавы
Литье в кокиль	0,01-30	3	4-10	4,0-20	Цветные сплавы
Литье под давлением	0,01-30	0,8-1,2	3-8	3,2-10,0	Цветные сплавы
Литье в оболочковую форму	До 50	3-6	6-15	5-40	чугун, углеродистая и легированная сталь, легкие и тяжелые
Центробежное литье	0,01-500	3	5-12	25-50	Все сплавы, биметаллы
Литье по выплавляемым моделям	0,01-150	1-6	3-5	0,4-6,3	Все сплавы
Непрерывное литье	5-85	10-20	4-10	6,3-20,0	Все сплавы

Отливка «Колпак защитный» массой 0,14 кг, 6-го класса точности, отлитая со сплава АК9, с серийностью 10000 шт , шероховатостью поверхности Ra может изготавливаться только методом литье под давлением, так как требуемая шероховатость поверхности исключает литье в песчано-глинистую форму. Литье в оболочковую форму исключаем так как не подходит материал. Центробежное литье исключается из-за того, что отливка «колпак защитный» не цилиндрической формы. Не можем изготовить методом литья по выплавляемым моделям так как не подходит по классу точности. Отливку «Колпак защитный» не технологично изготавливать методом непрерывного литья, так как мы не сможем получить отливку данной формы. Методом литье в кокиль экономически не целесообразно изготавливать из-за высокой его стоимости.

Методом исключения методов литья, делаем вывод, что отливку «Колпак защитный» можем изготовить методом литья под давлением.[2]

3. Разработка технологических мероприятий производства отливки

3.1 Разработка технологических литейных указаний

При выборе технологического процесса учитывают: вид сплава, назначение и конструкцию изделия, серийность производства, а так же производственные возможности цеха (наличие определен-ного парка формовочных и стержневых машин, плавильных агре-гатов, подъемно-транспортного оборудования и пр.).

При нанесении технологических указаний на чертеже детали определяют оптимальный разъем пресс-формы , поло-жение отливки в форме при заливке; последнее устанавливают в зависимости от конфигурации отливки, вида пресс-формы, литниковой системы, требований в отношении плотности металла, шерохова-тости поверхности и т. д. Для получения плотной отливки в соот-ветствии с принципом направленной кристаллизации наиболее массивные ее узлы располагают при заливке сверху, ответствен-ные поверхности отливки стремятся расположить внизу или вер-тикально.

При определении разъема пресс-формы выбирают такой вариант, который обеспечивает наименьшую трудоемкость изго-товления модельной оснастки и формы, беспрепятственное удале-ние модели из пресс-формы, повышение размерной точности отливки и уменьшение затрат на очистку и дальнейшую ее обработку. Отливка «Колпак защитный» является сочетанием простых геометрических тел. Что позволяет нам изготовить модель в пресс-форме с одним разъёмом. Поверхность разъёма плоская, что существенно удешевляет изготовление пресс-формы. Припуски на механическую обработку не значительные 1-2 мм. Использование стержней не требуется при данном способе изготовлении. Следовательно трудоёмкость и стоимость, так же снижается.

Для изготовления отливки «Колпак защитный» используем одну плоскость разъема, так как отливка «Колпак защитный» не имеет внутренних и внешних поднутрений, которые могут препятствовать свободному удалению из пресс-формы. Плоскость разъема проходит по кромке открытой части детали, что позволит получить отливку только в одной полуформе.

Указывают также припуски на механическую обработку. Припуск на все обрабатываемые поверхности по ГОСТ 26645-85. В данном случае для отливки «Колпак защитный» припуск 1-2 мм.

Литейные уклоны назначаются по ГОСТ 3212-92, для более простого извлечения отливки из пресс-формы.

Отливка «Колпак защитный» изготавливается без применения стержней, что позволяет значительно снизить стоимость пресс-формы. Отверстия можно получить выступающими частями формообразующих элементов.

Подвод металла осуществляется по плоскости разъема, так как во время заливки в форму металлу нет препятствий, поэтому питатель направляем по касательной к радиусам закругляемым частям отливки.

Промывники используются для слива первой порции жидкого металла, в которой могут оказаться не металлические включения и газовые составляющие. Установление промывника положительно скажется на поверхности отливки, она станет более качественной. [3]

3.2 Разработка конструкции модельно - литниковой оснастки

Пресс-формы представляют собой сложный инструмент.

По плоскости разъема пресс-форма для машин с горизонтальной камерой прессования делится на две части: неподвижную (матрицу) и подвижную (пуансон).

Основные узлы, детали и механизмы форм в зависимости от назначения можно разделить на три основные группы.

Формообразующие детали непосредственно соприкасаются с жидким металлом и являются рабочими деталями, оформляющими отливку. К ним относятся вкладыши матриц и пуансонов, вставки, стержни неподвижные и подвижные, выталкиватели, литниковые втулки, рассекатели.

Конструктивные детали несут на себе формообразующие детали, осуществляют раскрытие и закрытие формы, обеспечивают точное взаимоположение ее частей, креплений формы к машине. К ним относятся

плиты матриц и пуансонов, плиты подкладные, плиты выталкивателей, направляющие колонки и втулки, постаменты, держатели стержней, болты, гайки и пр.

Механизмы формы - привода всех ее подвижных частей (стержней, выталкивателей и отъемных частей).

Стержни, расположенные в матрице, должны иметь конусность больше, чем расположенные в пуансоне. Стержни устанавливают в форме так, чтобы при ее раскрывании отливка оказывалась на пуансоне, с которого она затем удаляется толкателями.

Литниковые втулки пресс-форм на машинах с горизонтальными камерами прессования должны иметь диаметр отверстия, равный или несколько больший, чем диаметр камеры прессования машины.

Матрицу и пуансон изготавливаем из стали 5Х3В3 ГОСТ 5950-2000, предварительно ее азотировали для получения твердости 42…47,5 НRCэ.

Элементы литниковой системы оформляем на вставке пуансона, что позволяет уменьшить стоимость пресс-формы.

Вентиляционная система состоит из каналов в виде щелей глубиной 0,05-0,3 мм и шириной 5-20 мм.

Промывники устанавливают для слива первых порций металла, загрязненных воздухом, окисными пленками, следами смазки. [4]

Рисунок 2. Эскиз детали нанесенной технологией

Рисунок 3. Эскиз пуансона

3.3 Разработка технологических этапов производства отливки

Машина литья под давлением.

При выборе машины необходимо учитывать особенности сплава, из которого предполагают получать детали (алюминиевые, магниевые, медные и цинковые сплавы для машин с холодной камерой, цинковые и оловянно-свинцовые для машин с горячей камерой); назначение детали (силовые ответственного назначения, крупногабаритные, декоративные и неответственного назначения, герметичные отливки).

В настоящее время используют мощные литейные машины даже для отливок, не требующих большой мощности. Это позволяют получать более плотные отливки, а если они небольшие, то применять много гнездные пресс-формы.

Машина с вертикальной холодной камерой прессования широко используются в промышленности. Они обычно имеют гидравлический механизм запирания, состоящий из цилиндра, смонтированного на станине, и двух поршней: неподвижного, шток которого закреплен в корпусе цилиндра фланцем, и подвижного, соединенного с формодержателем.

Техническая характеристика машины с холодной вертикальной камерой прессования представлена в таблице 4.

Таблица 4. Характеристика машины литья под давлением А711А08

Усилие запирания пресс-формы, кН, не менее	2500
Расстояние между колоннами по горизонтали и вертикали в свету, мм	530±0,5
Наибольшая / наименьшая толщина пресс-формы, мм	600 / 260
Усилие прессования, кН	300±15
Усилие гидровыталкивателя, кН, не менее	150
Ход гидровыталкивателя, мм, не менее	100
Наименьший / наибольший диаметр наполнительных станков, мм	45 /95
Площадь сечения формы в вертикальной плоскости, наименьшая, мм	375Ч375
Вместимость бака смазки, л	2

Технологический процесс изготовления отливки:

При изготовлении отливки «Колпак защитный» используются операции:

1)Приготовление сплава

2)Приготовление шихты

Перед изготовлением отливки должна производиться подготовка шихтовых материалов, крупные литники следует разрубить на куски размером не более 600 мм. После чего происходит загрузка шихтовых материалов в лоток и подача в бадью к плавильным печам. Плавка металла ведется в индукционной печи ИАТ2,5М1.

Также перед плавкой требуется очистить тигель печи и желоб от металла и шлака, только после этого можем загрузить материалы в печь, и произвести плавку металла.

Затем необходимо взять пробу на соответствие ГОСТ 1583-89. Который должен соответствовать сплаву АК9, характеристика которого приведена в таблице 5.

Таблица 5. Химический состав сплава АК9

Марка сплава	Вид продукции	Массовая доля основных компонентов, %	Массовая доля примесей, %
АК9	отливка	Алюминий осн. Магний 0,2-0,4 Кремний 8-11 Марганца 0,2-0,5	Не более железа 1,3 Медь 1 Цинк 0,5 Никель 0,3

3)Плавка алюминия в плавильно - раздаточной печи ИАТ2.5М1

Преимущества Электрической индукционной печи марки ИАТ 2.5М1:

электрическая энергия передаётся непосредственно в нагреваемый металл, что значительно увеличивает скорость нагрева по сравнению с печами косвенного действия, в которых нагревается только поверхность металла;

высокая производительность труда, хорошие санитарно-гигиенические и экологические условия производства.

Машине литья под давлением А711А08 должна быть уже подготовлена: должен быть очищен метало провод и каналы от шлака и примерзшего металла. После чего должен быть произведён подогрев полости пресс-формы до температуры 90 ⁰С, для менее интенсивного отвода тепла формой, для предотвращения преждевременного затвердевания отливки. Затем необходимо обдуть и смазать пресс-форму, для уменьшения усилий при извлечении отливки из пресс - формы и предотвращения задиров у готовой отливки. В состав смазки входят элитолы - высокодисперсные концентрированные составы на основе термостойкого эмулькированного компонента (цилиндровое масло 52) в качестве эмульгирующего элемента используется стерин - керосин. После смазки необходимо закрыть предохранительную шторку. После чего машина может быть включена и установлены необходимые параметры, после чего запереть пресс-форму.

Далее нужно порцию жидкого металла залить в заливочное окно, произвести прессование и выдержку для кристаллизации. После чего пресс-форма раскрывается, и отводиться предохранительная шторку. Далее извлекается куст отливок и осматривается, необходимо убедиться в отсутствии видимых литейных дефектов.

Затем производиться очистка формы от заливов и обрубка литниково - питающей системы. После чего следует зачистить отливку в труднодоступных местах и по линии разъёма. После этих операций необходимо подать отливки на галтовку. Загрузить в галтовочный барабан. После извлечения отливки из галтовочного барабана готовое изделие выложить в тару и подать на упаковку. На поверхности отливки допускаются мелкие, единичные раковины, дефекты литья превышающие допустимые по чертежу нормы, допускается исправлять любыми способами, обеспечивающими их прочность и товарный вид. Трещины и заварка не допускаются.

Контроль качества сплавов

Требования, которым должны отвечать литые детали в процессе работы, служат критерием для контроля качества отливок: точность размеров, шероховатость поверхности, плотность, свойства металла отливок, допустимость внутренних и наружных дефектов.

Основными объектами контроля являются:

1) контроль исходных материалов;

2) контроль технологического процесса;

3) контроль оснастки (пресс-формы, измерительный инструмент);

4) операционный контроль всех полуфабрикатов (модели, формы, расплавленный металл);

5) контроль отливок: проверить отливку внешним осмотром на соответствие ОТС 23 4.50-73 и чертежу отливки. Контроль размеров при помощи штангенциркуля ШЦ 250-0,05 ГОСТ 166-34.

6) анализ внутреннего и внешнего брака.

Сплавы контролируются по химическому составу и механическим свойствам.

-химический состав сплава определяется экспресс-анализом.

-механические свойства сплавов определяем по ГОСТ 1493-73 на отдельно отлитых образцах.

-порядок контроля химического состава. [5]

4. Расчет основных параметров выбраного способа литья

Принцип процесса литья под давлением основан на принудительном заполнении рабочей полости металлической пресс-формы расплавом и формировании отливки под действием сил от пресс-поршня, перемещающегося в камере прессования, заполненной расплавом.

Теплообмен в литниковой системе. Температура заливаемого в форму металла Т_зал отличается от температуры сплава в раздаточной печи Т_р.п. на сумму температурных потерь: в ковше (ДТ_к), камере прессования (ДТ_пр) и литниковой системе(ДТ_л).

Температурные потери за время t_к составляют:

где б_к - коэффициент теплоотдачи от расплава к ковшу, Вт/(м²•С); для алюминиевых сплавов - 67,7;

Т_к - температура подогрева ковша (дозатора), С;

F_кон - площадь контакта расплава с ковшом, м²;

m_м и m_м - масса соответственно металла и ковша, кг;

c_м и с_к - удельные теплоемкости соответственно металла и материала ковша, Дж/(кг•С).

, (1)

Температурные потери (ДТ_пр) в камере прессования машины рассчитывается с учетом толщины Х_см и теплопроводности л_см смазочного слоя:

где Тґ_пр - начальная температура камеры прессования, С;

Fґ_пр - площадь контакта расплава с камерой прессования, м²;

t_пр - продолжительность нахождения сплава в камере прессования, с;

m_пр и с_пр - соответственно масса (кг) и удельная теплоемкость (Дж/(кг•С)) материала камеры в зоне контакта.

, (2)

Температурные потери ДТ_л в литниковом канале радиусом R_л и длиной L_л рассчитывается при условии постоянства коэффициента теплоотдачи по формуле:

где Тґ_л - температура подогрева литникового канала, С;

_л - скорость потока металла в литниковом канале, м/с.

, (3)

Характеристики сплава АК9: _м = 2700 кг/м³, Т_пр = 630 С, Тґ_л =160 С, c_м=1290 Дж/(кг•С)

С.

Продолжительность затвердевания t_затв (с) сплава в питателе и в полости формы рассчитывается по формулам:

где Т_под - температура начала действия подпрессовки, С;

b_ф - коэффициент тепловой аккумуляции формы, Вт•с/(м²•С), рассчитываемый, как , где л_ф, с_ф и _ф - соответственно коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость и плотность материала формы;

Т_ф - температура формы, С;

r - удельная теплота кристаллизации сплава, Дж/кг.

, (4)

После полного затвердевания металла в питателе и отливке начинается ее охлаждение, сопровождаемое образованием зазора вследствие усадки сплава. Продолжительность охлаждения отливки до какой-то заданной по технологическому процессу конечной температуры определяют по выражению:

, (5)

где Х_заз - величина зазора, м;

л_заз - коэффициент теплопроводности зазора (газовой смеси, заполняющей зазор), Вт/(м•С);

F_охл - поверхность охлаждения отливки, м²;

m_отл - масса отливки, кг;

c_м - удельные теплоемкости металла, Дж/(кг•С);

Т_кон - конечная температура охлаждения, С;

Т_сол - температура солидуса металла, С.

Определить продолжительность охлаждения отливки массой 0,14 кг из алюминиевого сплава (c_м =1290 Дж/(кг•С), Т_сол=570 С), заливаемого в стальную форму (Т_ф=160 С), с поверхностью охлаждения 0,092 м² при толщине зазора - 5•10^-5 м, коэффициент теплопроводности зазора -2,46 Вт/(м•С), конечная температура охлаждения - 400 С.

с

Тепловой баланс формы. Температуру формы можно определить из уравнения теплового баланса, по которому суммарное количество теплоты, отдаваемое заливаемым металлом за время одного цикла, определяется как сумма теплоты перегрева металла, кристаллизации сплава и его охлаждения. В этом случае температура формы равна:

где Т_ок.ср - температура окружающей среды, С;

б_ок.ср. - коэффициент теплоотдачи в окружающую среду, Вт/(м²•С);

t_отк. - продолжительность открытия формы, с;

F_ок.ср., F_отк и F_охл - соответственно площади контакта формы с окружающей средой, открытия и каналов охлаждения, м².

, (6)

Определить общую протяженность охлаждающих каналов при получении отливки массой 0,14 кг в стальной форме температурой 160 С при коэффициенте теплоотдачи в окружающую среду 7520 Вт/(м²•С), температуре заливки 700 С, конечной температуре 570 С, время одного литейного цикла 30 с и продолжительность открытия формы 7 с.

При заданном диаметре охлаждающих каналов (0,01 м) определяем общую протяженность каналов:

м.

Проверка расчетов:

где - масса отливки, кг

- масса промывника, кг

- плотность металла,

- скорость охлаждения, м/с

- время затвердевания, с

, (7)

м²

47,55=46,78 м²

Получили, что площадь питателя расчетная равна площади питателя исходной. Значит способ литья выбран верно.

Заключение

В данной курсовой работе мы разработали технологические мероприятия процесса изготовления отливки «Колпак защитный». Рассмотрели возможные способы получения, произвели анализ требований, предъявляемых к ней. Разработали технологические мероприятия процесса изготовления отливки, а также контроль качества производства.

Пришли к выводу, что изготовление детали методом литья под давлением является технически и экономически выгодным способом для данной детали на данном заводе.

Рассчитали элементы технологического процесса: температурные потери, продолжительность затвердевания сплава, продолжительность охлаждения отливки, тепловой баланс формы.

Изделие будет получено в соответствии с заданными характеристиками и техническими требованиями, если заданный технологический процесс будет соблюдаться.

Список литературы

«Специальные виды литья» под редакцией Степанова Ю.А., М., «Машиностроение», 1970.

« Литейное производство » под редакцией И.Б. Куманина, М., «Машиностроение», 1971

«Специальные способы литья» под редакцией В.А.Ефимова, «Машиностроение», 1991

« Технология литейного производства » под редакцией Ю.А. Степанова, М., «Машиностроение», 1983

«Специальные виды литья» под редакцией Г.Ф. Баландина, Л.С.Константинова, «Машиностроение», 1970

6. ГОСТ 1583-93

Размещено на Allbest.ru

...