Технологичность конструкции детали "Кулачек"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Современные требования к управлению качеством производства предполагают разумное и эффективное использование ресурсов при одновременном повышении конкурентоспособности выпускаемой продукции. Системы автоматизированного проектирования (САПР) являются важной составляющей производственного процесса. Они позволяют предприятиям эффективно внедрять инновационные технологии, резко сократить сроки вывода новых изделий на рынок, обеспечить индивидуализацию заказов, выполнять повышенные требования к качеству, оперативно получать достоверные данные о потребностях производства. Рост вычислительной мощности компьютеров и широкое распространение программного обеспечения проектирования и производства привели к тому, что инженеры могут использовать системы автоматизированного проектирования для решения повседневных задач. Конкурентоспособность предприятия прямо пропорциональна уровню его информатизации, т.к. последняя определяет качество и быстроту взаимодействия с клиентами и партнерами, уровень управления ресурсами, финансами и подразделениями, уровень развития маркетинга, дизайна, конструирования, технологической подготовки производства, эффективность эксплуатации инженерной инфраструктуры территории и зданий. Современные предприятия не смогут выжить во всемирной конкуренции, если не будут выпускать новые продукты лучшего качества, более низкой стоимости и за меньшее время. Поэтому они стремятся использовать огромные возможности памяти компьютеров, их высокое быстродействие и возможности удобного графического интерфейса для того, чтобы автоматизировать и связать друг с другом задачи проектирования и производства, которые раньше были весьма утомительными и совершенно не связанными друг с другом.

1. Анализ технологичности конструкции детали

кулачек литье mathcad центробежный

Под технологичностью литой детали будем понимать степень соответствия ее конструкции технологическим требованиям формирования отливки в форме, формообразования, удаления отливки из формы, стержней из отливки и т.д. Низкая технологичность конструкции детали приводит к повышенному браку отливок, увеличению затрат на их получение и механическую обработку, к снижению их эксплуатационных свойств.

При правильно сконструированной литой детали процесс построения чертежа отливки существенно упрощается и отливка максимально приближается к детали. При этом не требуются значительные технологические напуски н конфигурационные отклонения, приводящие к резкому снижению коэффициента использования металла и повышению трудоемкости механической обработки отливки.

Параметры конструкции отливки, прежде всего, толщина и протяженность ее наиболее тонкостенных элементов оказывают влияние на залолняемость формы сплавом и появление таких дефектов, как спаи и недоливы.

Толщина стенок отливок не должна быть меньше некоторых минимальных значений, определяемых жидкотекучестью сплава и технологией изготовления отливок. Литая стенка выполняет определенные важные функции: придает детали требуемую конфигурацию, обеспечивает необходимую прочность и т.д. Толщина стенки отливки зависит от выполняемой ею функции. Для мелких отливок из углеродистых сталей минимальная толщина стенки должна быть 6мм.[Чуркин Теория и технология литейного производства]

С конструкцией литой детали непосредственно связано формирование в отливке объемных усадочных дефектов (раковин, пористости). Конструкция отливки должна удовлетворять требованиям обеспечения направленности затвердевания. Для проверки выполнения этих требований применяют способ “вписанных окружностей”. Окружность, вписанная в любое сечение отливки, должна свободно проходить по всем вышележащим сечениям.

Рисунок 1 Метод “вписанных окружностей”

Как видно из рисунка 2.1 в данных местах сечения отливки данное требование не выполняется и впроцессе затвердевания здесь возможно образование усадочных дефектов. На рисунке 2.2 предоставлены результаты моделирования в программе NovaFlow&Solid.

При ЛГМ как глухие, так и сквозные отверстия в отливке следует выполнять литыми без стержней. Наибольший диаметр отверстия для стальных отливок можно принимать:

Таблица 1 Диаметр отверстия для стальных отливок

Диаметр отверстия, мм.	30-60	61-70	71-90	91-140	141-280	281-360
Протяженность отверстия, мм.	до 60	25-50	50-100	100-200	200-400	400-1000

Данной рекомендации в данной детали соответствует одно центральное отверстие, которое будет формироваться одним центральным стержнем. Все остальные отверстия будут получены механической обработкой, с последующей нарезкой резьбы.

Внешних и внутренних поднутренний деталь не имеет.

Общим правилом при конструировании литых деталей должно быть стремление к минимальным затратам труда и материалов для изготовления модельного комплекта. Поэтому необходимо использовать минимальное число стержней, что повышает размерную точность и качество отливок, снижает трудозатраты на изготовление дополнительных стержневых ящиков и других элементов модельного комплекта. Кроме того при изготовлении

модели автоклавным способом необходимо стремиться к такой конструкции детали, чтобы модель отливки можно было полностью выполнить в одной пресс-форме с минимальным количеством разъемов и отъемных частей. [Шуляк ЛГМ]

При выборе плоскости разъема и положения отливки в форме очень часто имеется несколько вариантов. Наиболее целесообразно получение отливок в одной полу-форме. Если это выполнить невозможно, то следует большую часть отливки располагать в нижней полу-форме.

Линия разъема модели не должна проходить по базовым поверхностям отливки или по поверхностям с пониженной шероховатостью.

На основании вышеизложенных рекомендаций пресс-форма для изготовления данной отливки будет состоять из двух полу-форм и одного стержня.

Сталь 45л из которой изготавливается данная отливка, это сталь для отливок обыкновенная. В промышленности применяется для изготовления станин, зубчатых колес и венцов, тормозных дисков, муфт, кожухов, опорных катков, звездочек и других деталей, к которым предъявляются требования повышенной прочности и высокого сопротивления износу и работающие под действием статических и динамических нагрузок.



Рисунок 2 Результат моделирования процесса заливки в программе NovaFlow&Solid

2. Технико-экономическое обоснование выбора технологического процесса

При проектировании отливки, и выборе способа её получения необходимо учитывать следующие факторы: повышение качества отливки, ее точности; уменьшения припусков на механическую обработку; снижения трудоемкости очистки и обрубки отливок; автоматизация основных процессов; повышения производительности и улучшения условий труда.

2.1 Литье в разовую песчано-глинистую форму

Литье в разовые песчано-глинистые формы является самым дешёвым и распространенным способом получения отливок.

Технологический процесс изготовления отливок складывается из различных процессов, которые осуществляются в специальных цехах или отделениях литейного цеха, это подготовка формовочных смесей, изготовление моделей, формовка, заливка жидким металлом, выбивка и зачистка отливок .

Литье в песчано-глинистые формы имеет следующие преимущества:

- Масса отливки может достигать величины сотен тонн (станины станков);

- Возможно получать отливки с размерами от нескольких миллиметров до десятков метров;

- Возможно изготовление отливок любой конфигурации;

- Возможно получение отливок из любых литейных сплавов.

Этим способом изготовляется подавляющая часть отливок в машиностроении. При ручной формовке получаем отливки 11т-14 классов точности, при машинной 7-12.

Недостатки литья в разовые песчаные формы:

- Необходимы большие припуски на механическую обработку;

- Низкая производительность;

- Трудоёмкость;

- Плохие санитарно-гигиенические условия труда.

Литейная форма состоит из двух полуформ: верхней и нижней, которые получают уплотнением формовочной смеси в опоках. При этом полость получают при помощи специальных элементов (модели) которая повторяет наружные контуры бедующей отливки.. После уплотнения смеси модель отливки и литниковой питающей извлекается из полуформ, после чего проставляются стержни и форма собирается. Точность сборки обеспечивается центрирующими штырями и втулками в опоках. Затем происходит заливка формы жидким расплавом, во избежание поднятия верхней полуформы под действием металла на верхнюю полуформу устанавливается груз, либо опоки скрепляются друг с другом скобами [8].

Исходными материалами для получения песчаной формы являются песок и глина. Наиболее часто используют кварцевые пески. Важным свойством песка является зерновое строение, которое характеризуется размером, формой и однородностью зерен. Кварцевые пески обладают высокой огнеупорностью, прочностью, твердостью и низкой химической активностью.

Литьём в песчано-глинистую форму невозможно получит отливку «Кулачек» так как она должна иметь шероховатость Ra 10 мкм, а данный способ может нам позволит получать отливки с шероховатостью поверхности Ra 25-100мкм.

2.2 Литьё в оболочковые формы

Сущность метода заключается в том, что разовую литейную форму изготовляют в виде оболочки, используя в качестве связующего для формовочной смеси связующего материала фенольные смолы, прочно цементирующие мелкий кварцевый песок, являющийся наполнителем. Изготовление оболочковой формы исключает потребность в опоках, резко снижает расход формовочной смеси, легко механизируется и автоматизируется.

Использование формовочной смеси, состоящей из 92...95 % мелкого кварцевого, магнезитового или циркониевого песка и 4...6 % термореактивной фенолформальдегидной смолы, обеспечивает малую шероховатость поверхности и более высокую точность отливок 4 - 11 класса, чем изготовленных в песчано-глинистых формах, так как оболочка твердеет на модели и сохраняет ее размеры.

В оболочковых формах можно получать отливки массой до 50 кг практически из любых сплавов -- чугуна, углеродистой и легированной стали, легких и тяжелых цветных сплавов. Большая прочность оболочек (1... 1,5 МПа на растяжение в горячем состоянии и 3...4 МПа в холодном) обеспечивает выполнение всех необходимых манипуляторных операций при изготовлении форм. Точность отливок и шероховатость поверхности в этом способе сопоставимы или несколько выше (на 1 -- 2 класса), чем при литье в песчано-глинистые формы из современных формовочных смесей с прочностью сырых форм более 160 кПа и качественных способах уплотнения форм.

Литье в оболочковые формы применяют в крупносерийном и массовом производствах при получении ответственных фасонных мелких и средних отливок из различных сплавов.

При разработке детали «Кулачек» данный способ выбирать не целесообразно, так как литьё в оболочковые формы используется для деталей ответственного назначения, какой она не является, следовательно способ экономически не выгоден. Так же данный способ имеет плохую экологичность, это связано с использованием качестве связующего фенол - формальдегидных смол, которые обладают канцерогенным действием. Хотя данным способом возможно получить данную отливку.

2.3 Литье в металлические формы (кокили)

Сущность заключается в том, что вместо разовой песчано-глинистой используют металлическую форму, называемую кокилем. Обладая по сравнению с песчано-глинистыми формами приблизительно в 60 раз более высокой теплопроводностью, кокили обеспечивают мелкозернистую структуру отливок, что повышает их прочность.

При кокильном литье отпадает необходимость в модельно-опочной оснастке, в формовочных и стержневых смесях, что не только дает большую экономию, но и снижает количество пыли и улучшает санитарные условия труда; повышается точность и чистота поверхности отливки; обслуживание кокилей не требует рабочих высокой квалификации; значительно повышается производительность и уменьшаются необходимые производственные площади.

Точность отливок в кокилях обычно соответствует классам 3 - 4 для отливок из цветных сплавов и классам 3 - 6 для отливок из черных сплавов. И массой от нескольких грамм до 100 килограмм. При этом наибольшая точность обеспечивается для размеров в одной части формы.

Технологический процесс кокильного литья можно легко механизировать. Механизированные кокили имеют устройство, позволяющее закрывать и раскрывать их от пневматического или гидравлического привода. При массовом производстве несколько кокильных машин устанавливают на вращающиеся карусели, поворачивающиеся на необходимый угол через определенное время, за которое производится заливка кокиля.

Наряду с преимуществами у кокильного литья есть и недостатки: высокая стоимость кокилей позволяет использовать их только в серийном и массовом производствах; опасность образования трещин в отливках из-за неподатливости металлического кокиля; чугунные отливки в кокиле получают отбеленными и требуют длительного отжига, что удорожает их производство.

Кокильное литье применяют в условиях крупносерийного и массового производства при изготовлении несложных по конфигурации отливок с толщиной стенок 3...100 мм из чугуна, стали и цветных сплавов.

Отливку «Кулачек» будет достаточно сложно получить литьём кокиль, так как она является тонкостенной и возможно появление дефектов, таких как недоливы из-за быстрого затвердевания металла, это связано с тем что металлическая форма очень быстро отводит тепло, не дав металлу полностью заполнить всю полость формы.

2.4 Литье по выплавляемым моделям

Сущность состоит в том, что по неразъемной легкоплавкой модели изготавливают неразъемную разовую форму. Модели из этой формы выплавляют, а образовавшуюся полость заливают жидким металлом. При этом способе получаемые отливки настолько точны (3 - 6 классы точности), что объем механической обработки, уменьшается на 80... 100% и в 1,5...2 раза сокращается расход жидкого металла. Высокая точность и чистота поверхности отливки обеспечиваются: применением неразъемных моделей; отсутствием формовочных уклонов; изготовлением стержней в процессе формовки, а не отдельно в стержневых разъемных ящиках; использованием маршалита в качестве наполнителя в формовочной смеси, что обеспечивает получение гладкой поверхности отливки.

Литье по выплавляемым моделям применяют при производстве отливок очень сложной конфигурации из любых литейных сплавов, в том числе из высоколегированных сталей, имеющих высокую температуру плавления и трудно поддающихся механической обработке и ковке. Этим способом можно получать отливки массой 0,02... 100 кг, с толщиной стенок до 0,5 мм и отверстиями диаметром до 2 мм .К недостаткам данного метода можно отнести длительный и сложный технологический процесс; сложность автоматизации, из-за большого количества операций, для каждой отливки требуется своя отдельная модель, что приводит к затратам на изготовление пресс - форм.

Экономичность способа определяется правильно выбранной номенклатурой отливок. Наиболее экономично изготовлять мелкие, но сложные и ответственные детали, к которым предъявляются высокие требования к точности размеров и чистоте литой поверхности, а также детали из труднообрабатываемых сплавов и сплавов с низкими литейными свойствами.

Отливку «Кулачек» возможно получить данным способом, так как он позволяет получать точные отливки, сложных конфигураций, но вследствие того что деталь не является ответственной данный способ не целесообразно выбирать. Так же не следует выбирать литьё по выплавляемым моделям, в виду того что данным методом рекомендовано получать отливки из стали. Данный способ трудно автоматизировать, он достаточно трудоёмкий, длительный и многооперационный, что не позволит наладить серийное и массовое производство.

2.5 Изготовление отливок центробежным литьем

Сущность состоит в том, что жидкий металл заливают во вращающуюся с определенной скоростью литейную форму. Она вращается в течение всего времени кристаллизации металла отливки. При этом металл центробежной силой прижимается к стенкам формы, что обеспечивает получение плотных, с повышенной прочностью отливок, так как газы и шлак, обладающие меньшей плотностью в результате сепарации, вытесняются во внутренние полости отливки и затем их удаляют механической обработкой. Возможно получение отливок диаметром до 1500 мм, высотой до 500 мм, весом до 500 т их изготовляют преимущественно на центробежных машинах с вертикальной осью вращения. На центробежных машинах с горизонтальной осью вращения изготовляют сравнительно тонкостенные отливки диаметром до 700 мм и весом до 300 кг , с 5-12 классами точности. При этом возможно применение комбинации кокильной и пёсчано-глинистой формы.

Преимущества при использовании высокопроизводительных центробежных установок, отсутствие стержней и работ, связанных с их производством, намного повышает производительность труда, а отсутствие литниковой системы и прибылей значительно экономит металл.

Центробежный метод литья имеет и недостатки. Один из них -- трудность получения точного размера отверстия в отливке, образованного свободной поверхностью. Это объясняется тем, что диаметр отверстия зависит от количества залитого в форму сплава: чем больше сплава, тем толще стенка отливки и меньше диаметр отверстие. Другим недостатком является ликвация (неоднородность химического состава) некоторых сплавов при заливке их во вращающуюся форму.

Центробежное литье применяют в массовом, серийном и единичном производстве отливок из различных сплавов в металлических и песчаных формах. Этим способом отливают трубы, цилиндровые втулки, гильзы автотракторных двигателей, заготовки для поршневых колец, шестерни, шкивы, орудийные стволы, а также получают двухслойные (биметаллические) отливки, поочередно заливая форму различными сплавами.

Данный способ не применяем к детали «Кулачек» так как она имеет сложный контур и не является телом вращения.

2.6 Литье под давлением

Сущность состоит в том, что жидким металлом принудительно заполняют металлическую пресс-форму под давлением, которое поддерживают до полной кристаллизации отливки. Давление обеспечивает быстрое и хорошее заполнение формы, высокую точность и малую шероховатость поверхности отливки. Принудительное питание отливки жидким металлов исключает возможность образования усадочных раковин, пористости и не требует установки прибылей. Ускоренная кристаллизация металла в металлической пресс-форме под давлением обусловливает образование мелкозернистой структуры. Благодаря внешнему давлению растворенные в металле газы остаются в твердом растворе, что снижает газовую пористость металла. Отливки, полученные этим методом, как правило, имеют минимальные припуски на механическую обработку и после удаления из формы являются практически готовыми деталями. Литьем под давлением можно получать отливки с толщиной стенки до 0,5 мм, сложной конфигурации и с отверстиями диаметром до 1 мм, и 3-8 классами точности. Сплавы для литья под давлением должны иметь по возможности узкий интервал кристаллизации, что способствует получению отливок с равномерной плотностью, достаточной прочностью и пластичностью при высоких температурах, хорошей жидкотекучестью, малой привариваемостью к форме, стабильностью химического состава при длительной выдержке в раздаточных печах. Самыми распространенными материалами при литье под давлением являются цинковые, алюминиевые, магниевые сплавы и латуни. Бронзу, имеющую широкий интервал кристаллизации, применять для получения отливок не рекомендуется. Крайне редко, для отливок специального назначения, получают чугунные и стальные отливки с высокой точностью размеров на пресс-формах из молибдена.

Высокая стоимость пресс-форм, имеющих сложную конфигурацию и требующих высокой точности изготовления, обусловливает целесообразность применения литья под давлением только в крупносерийном и массовом производствах тонкостенных отливок достаточно сложной конфигурации из сплавов цветных металлов массой до 50 кг.

2.7 Литье по газифицируемым моделям

В последние годы в США, Китае, европейских странах интенсивно внедряется литье по газифицируемым моделям (ЛГМ) как наиболее недорогой и малозагрязняющий окружающую среду способ получения точных отливок. Дженерал Моторс, Форд, БМВ, Фольксваген, Пежо-Ситроен, Рено Фиат и ряд других фирм автостроения полностью перешли в 1980 - 90 гг. на изготовление отливок блоков цилиндров, головок блока, коленвалов и ряда других деталей наиболее массовых двигателей методом ЛГ.

Пределы развеса отливок при ЛГМ впечатляющи, отработаны технологии получения отливок весом от 100 грамм до 5 тонн и более из различных металлов: чугуна, стали, алюминиевых, медных и специальных сплавов. Литейный цех, работающий по ЛГМ процессу, отличается от цехов литья в песчаные формы со связующим: структурой; технологическим процессом и оборудованием; материальным и энергетическим обеспечением; специализацией и количеством персонала. Отличия ЛГМ от других методов литья не касаются процесса получения жидкого металла, плавильное отделение с шихтовым хозяйством не требуют изменений.

Коренное отличие - в модельном и формовочном отделениях, отсутствии стержневого и смесеприготовительного отделения. Из-за того, что единственным формовочным материалом является природный кварцевый песок, выбивное отделение намного проще и имеет меньше технологического оборудования. Указанные отличия облегчают механизацию и автоматизацию всего литейного процесса. Формовочный песок постоянно находится в многократном обороте, его потери в среднем составляют 3 - 5% на одну заливку, отсутствие в нём связующего позволяет восстановить его для повторного использования без большого количества технологического оборудования и, соответственно, площадей. Выбивка отливки также не представляет трудности, т.к. сухой несвязанный формовочный песок легко высыпается из контейнерной формы, а очистка отливки не требует трудоёмких операций как при литье в песчано-глинистые формы, не говоря уже о ХТС, ЖСС или по выплавляемым моделям. Формовочные, заливочные, выбивные площадки значительно чище, пыль, образующаяся при выбивке и других операциях, легко удаляется местными вытяжными зондами с рабочих мест. Это способствует повышению культуры производства.

Контроль качества отливок и их ремонт при переходе на ЛГМ намного упрощаются. Как отмечалось выше, точность размеров и качество поверхности во много раз выше, чем при литье традиционными способами в формы, полученные в парных опоках.

Повышение точности размеров и чистоты отливки экономит жидкий металл. Это достигается путём получения более точной (с учётом усадки металла) одноразовой модели в качественных металлических пресс-формах, соблюдения технологических операций при отсутствии снижающих точность отливки сборки формы и протяжки модели при формовке. Пенополистироловая модель даёт точное воспроизведение отливки, позволяет проверить предъявляемые к детали требования по её размерам и геометрии и без затрат средств до запуска детали в производство ввести необходимые конструкторские коррективы. Особенно такое преимущество ЛГМ проявляется при получении деталей с криволинейными поверхностями, свойственными лопаткам турбин, деталям насосов, коронкам зубьев и др. Ещё одним преимуществом является возможность изготовления сложной и/или крупной пенопластовой модели поэлементно несложной сборкой в цельную модель.

Гибкость техпроцесса также характеризуется возможностью выбора из четырёх широко применяемых способов получения пенополистироловых моделей: вырезанием горячей струной из блочного полистирола; фрезерованием на 3-координатном станке с ЧПУ по чертежу детали; выпеканием в автоклавах с камерой объёмом от 100 до 1000 литров; изготовлением на полуавтоматах методом теплового удара. Готовые модели собирают в модельные блоки с элементами литниково-питающей системы (ЛПС), сборку осуществляют тепловым способом или склеиванием. При малых размерах модели собирают в куст на одном стояке. Сборный блок/куст окрашивают и сушат. Высушенными их можно хранить очень долго, они не теряют своих размеров и свойств.

Рисунок 3 Последовательность технологических операций получения модели автоклавным способом

Процесс заливки несколько отличается от заливки при других видах литья. Различие состоит в том, что пенополистироловая модель, температура плавления которой находится в пределах 80 - 120° С, под действием тепла жидкого металла переходит в газообразное состояние, в объёме, превышающем объём модели в сотни раз.

Формовочно-заливочное и выбивное отделения при ЛГМ процессе совсем не соответствуют устоявшимся представлениям для цехов традиционной формовки, т. к. единственным формовочным материалом является природный кварцевый обеспыленный сухой песок зернистости К02, карьерный, реже речной. Также литейные контейнеры но конструкции не похожи на рамочные опоки. Предельно упрощённый процесс формовки состоит в том, что собранные и покрашенные кусты моделей или блоков, один или несколько, устанавливают на песчаную «постель» в контейнере и засыпают песком. После этого заполнение песком всех объёмов модели (каналов, выемок, отверстий и др.), а также его уплотнение осуществляются вибрацией в течение 1 - 2 мин.

Отсутствие формовочного, стержневого плаца и возможность объединения технологического оборудования в один формовочно-заливочный конвейер позволяют резко сократить необходимые площади при одинаковом объёме производства.

Пыль, возникающая в месте подачи песка на формовку и при выгрузке формы, легко удалить местными вытяжками. Перемещение песка по технологическому циклу обычно осуществляют пневмотранспортом.

Для предприятий с выпуском большой номенклатуры отливок малой серийности предпочтительнее изготавливать модели автоклавным способом, а с выпуском крупносерийных отливок - на пресс-автоматах, хотя пресс-формы для них стоят на порядок выше пресс-форм для автоклавного спекания и стоимость автоматов намного выше.

В настоящее время в металлургии и машиностроении все большее применение находят индукционные плавильные печи. К преимуществам индукционных печей относят:

1. Отсутствие электродов, вследствие чего металл во время плавки не науглераживается, это позволяет выплавлять стали с очень низким содержанием углерода.

2. Отсутствие высокотемпературных дуг, что уменьшает поглощение водорода и азота и угар металла при плавлении.

3. Незначительный угар легирующих элементов, что обеспечивает целесообразность применение индукционных печей для переплава легированных отходов.

4. Электродинамическое перемешивание, которое способствует получению однородного по составу и температуре металла.

5. Высокий КПД.

6. Точное регулирование температуры металла.

7. Малые габариты печей.

3. Выбор и расчет литниковой системы с применением Mathcad

3.1 Выбор литниковой системы

При ЛГМ к литниковым системам наряду с общепринятыми требованиями при изготовлении отливок традиционными способами литья предъявляются дополнительные требования, которые обусловлены особенностями данной технологии. Одним из основных правил заливки формы металлом при ЛГМ является условие создания плоского фронта взаимодействия металла с моделью, способствующего постепенному замещению ее расплавом. Эти условия можно выполнить только при сифонном рассредоточенном подводе металла в полость формы. Это условие необходимо соблюдать при получении отливок в форме из песка, а также при производстве среднего и крупного литья из железоуглеродистых и медных сплавов. При получении мелких и тонкостенных отливок из этих сплавов массой до 1 кг возможно применение любого способа подвода металла.

Из традиционных требований к проектированию литниковой системы необходимо выделить два требования, которые имеют важное значение при ЛГМ.

При конструировании литниковой системы необходимо обеспечить отсутствие разряжения в ее элементах при заливке формы металлом. Процесс горения полистирола в полости литейной формы нежелателен, т. к. при этом значительно увеличивается выделение газообразных продуктов и сажистого углерода. Это приводит к появлению газовых раковин в отливках, а при литье стали и к увеличению объемного науглероживания металла.

При применении стояка из пенополистирола в формах из песка разряжение в стояке приводит к разрушению формы в зоне стояка и образованию песочных раковин в отливке или к полному обвалу формы в этой зоне и браку отливки.

Другим важным фактором является обеспечение оптимальной скорости заливки формы металлом, т. к. нарушение этого режима приводит к снижению качества отливки, особенно из черных сплавов. При этом необходимо учитывать минимально допустимые скорости подъема металла в полости формы для получения отливок по извлекаемым моделям в песчано-глинистых формах, ниже которых в отливках получаются спаи, недоливы и другие дефекты.

При получении стальных отливок минимальная скорость подъема металла в полости литейной формы имеет следующие значения:

Таблица 2 Скорость подъема металла в полости литейной формы

Толщина стенки отливки, мм	7-10	11-40	более 40
Минимально допустимое значение скорости металла, мм/с	20	20-10	8-10

При ЛГМ кроме оптимальной существуют максимально допустимые скорости заливки формы металлом, при превышении которых получение качественной отливки как из черных, так и из цветных сплавов практически невозможно. В таблице 4.2 приведены оптимальные и максимально допустимые скорости подъема металла в полости литейной формы при получении отливок из черных металлов.

В настоящее время существуют и предлагаются различные методики расчета элементов литниковой системы для различных сплавов, однако все они основаны на создании оптимального режима заливки формы металлом с учетом коррекции его температуры.

Таблица 3 Скорость подъема металла в полости литейной формы, мм/с

Толщина стенки отливки, мм	Оптимальная скорость	Максимально допустимая скорость
	Чугун	Сталь	Чугун	Сталь
До 10	40	60	50	75
11-20	25	50	40	70
21-40	20	40	30	55
41-60	15	30	25	50
Более 60	12	25	20	40

Конструкция литниковой системы зависит от вида сплава, габаритов отливки, ее массы и способа формовки. При серийном производстве отливок литниковая система состоит из питателей, шлакоулавливателя, коллектора, стояка чаши. В зависимости от массы отливки (отливок) и вида сплава литниковая система выполняется из пенополистирола, включая стояк и чашу, или из керамики и других огнеупорных материалов; она может быть и комбинированной: питатели, шлаковик и коллектор выполняются из пенополистирола, а стояк и чаша -- из керамики или из стержневой смеси. К конструкции литниковой системы при ЛГМ предъявляются определенные требования, которые обусловлены особенностями данной технологии.

Литниковая система из пенополистирола должна быть достаточно прочной и жесткой, обеспечивающей цельность модельного блока при его покраске, транспортировке, хранении и формовке.

Сборка элементов литниковой системы должна быть простой и надежной, желательно без применения сварки и клея. Предпочтительно секционное исполнение литниковой системы, при котором каждая секция состоит из коллектора и части стояка, что позволяет производить быструю сборку модельного блока.

Питатели должны составлять с моделью единое целое и изготавливаться в одной пресс-форме с моделью или ее частью.

Элементы литниковой системы из пенополистирола должны изготавливаться в простой пресс-форме с одним разъемом.

На рисунке 3.1 представлены конструкции модельных блоков, собранных из элементов литниковой системы с моделями, наиболее часто применяемых при ЛГМ. Вертикальные ряды отличаются исполнением стояка: ряд 1 -- стояк керамический из сифонного припаса или стержневой смеси; ряд 2 -- стояк трубчатый пустотелый из пенополистирола или из огнеупорных волокнистых материалов; ряд 3 -- стояк кольцевой из пенополистирола. Горизонтальные ряды отличаются способом сборки моделей в блок и подводом металла к отливкам.

При производстве отливок из черных сплавов необходимо литниковую чашу выполнять из керамики или из стержневой смеси. При выполнении технологических операций транспортировки, покраски или формовки на модельный блок действуют силы, которые вызывают деформацию элементов модельного блока. Максимальные внешние нагрузки испытывают питатели и коллектор, которые связывают модели со стояком. Так, при транспортировке на коллектор и питатели действуют силы тяжести модели и стояка, при покраске модельного блока окунанием -- выталкивающая сила веса вытесненной жидкости, при формовке -- давление со стороны формовочного материала. Если под действием внешних сил в элементах литниковой системы возникнут напряжения, превосходящие предельно допустимые для пенополистирола, то модельный блок разрушится. Это чаще всего происходит при покраске и формовке модельного блока.

Рисунок 4 Литниковые системы

Литниковая система рассматриваемой отливки представлена на рисунке 5

Рисунок 5 Литниковая система

3.2 Расчет литниковой системы

Исходя из оптимальной скорости заливки, определяется время заливки формы металлом по формуле [2]:

,

где H-высота отливки по положению ее в форме при заливке (H=131мм.) V- оптимальная скорость заливки (V=50мм/сек)

Площадь узкого сечения литниковой системы определяется с учетом коэффициента потерь расхода металла, обусловленных наличием газифицируемой модели в форме по формуле [2]:

где м - коэффициент расхода литниковой системы, равный в среднем 0,4-0,35;

G - масса отливки в кг.;

фз - время зыливки формы металлом;

мГ - коэффициент потерь расхода, зависит от температуры перегрева металла при заливке в форму ?з и газазопроницаемости покрытия кП (кП=0.15см4/г для покрытия на спиртовой основе с молотым кварцем).

Температура перегрева ?з определяется по формуле:

где Тз , Тф, Тл - температура заливки, формы и ликвидуса соответственно.

Для железоуглеродистых сплавов при 1,15>?з>1,01 коэффициент мГ определяется по формуле:

мГ=0.1+0.008 кП+1.4?з =0,1+0,008·0,15+1,4·1,11=1,6552

При сифонной заливке формы металлом Нр определяется по формуле:



где Нmax - максимальный гидростатический напор металла, равный высоте стояка и металла в чаше;

Нmin - минимальная высота гидростатического напора металла, которая определяется разностью между максимальным напором металла и высотой отливки.

Остальные элементы литниковой системы определяются из соотношения их площадей поперечного сечения:

Fст:?Fлх:?Fп=(1.2-1.4):(1.1-1.3):1

Рис. 6 Пример

4. Расчет шихты с применением Excel

Для обеспечения заданного химического состава и качества выплавляемой стали следует рассчитать шихту по принятому химическому составу жидкой стали с учетом угара элементов при плавке.

Шихту рассчитывают на 1тонну годного литья. Масса металлической шихты или завалки на данную программу складывается из масс:

- годных отливок, необходимых по программе на месяц, квартал, год или плавку;

- бракованных отливок - брака внутреннего или внешнего, т.е. обнаруженного в литейном и механическом цехах;

- литников, выпоров, прибылей;

- угара и механических потерь металла при разливке.

Угар примесей в стали зависит от абсолютного содержания их в шихте и от режима плавки.

Баланс металла и состав шихты предоставлен на рисунке 3.1. Расчет произведен с использованием программы Excel.

Рисунок 7 Балланс металла и состав шихты

Расчет шихты с использованием программы Excel приведен на рисунке 8

Рисунок 8 Расчет шихты

Заключение

В ходе курсовой работы был произведён анализ требований предъявляемых к детали «Кулачек». Далее были рассмотрены возможные способы её получения, различными методами литья. После чего был сделан вывод, что литьё по газифицируемым моделям является наиболее выгодным способом для получения отливки, так как данный способ позволяет получит отливку «Кулачек», полностью удовлетворяющую эксплуатационным требованиям, а её конструкция, учитывает особенности формирования модели в пресс-форме.

При помощи пакета КОМПАС были разработаны чертежи детали с нанесением литейных указаний, пресс-формы в сборе и формы в сборе.

При помощи программы Excel был произведен балланс металла и расчет шихты. При помощи программы Mathcad был произведен расчет основных параметров литниково питающей системы.

Список используемой литературы

1 - Технология литейного производства: Учеб./Б.С.Чуркин, Э.Б.Гофман, С.Г.Майзель, А.В.Афонаскин, В.М.Милясв, А.Б.Чуркии, А.А.Филиппенков; Под ред. Б.С. Чуркина. Екатеринбург Изд-во Урал. гос.проф.-пед. ун-та, 2000. 662 с.

2 - Шуляк B.C. Литье по газифицируемым моделям. -- СПб.: НПО «Профессионал», 2007. -- 408 с.

3 - Проект цеха литья по газифицируемым моделям, особенности его структуры и отличия от традиционных литейных цехов. Статья. Бердыев К.Х., Дорошенко В.С.

4 - Кукуй Д.М., Скворцов В.А., Эктова В.Н. «Теория и технология литейного производства». Ї Мн.: Дизайн ПРО, 2000 Размещено на Allbest.ru

...