Проектирование детали "рычаг"

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Характеристика сплава

По заданию материалом для изготовления детали является сталь 40ХЛ. Данная сталь относится к конструкционным легированным сталям. Буква Х означает, что сталь хромированная, последняя буква Л в обозначении, указывает, что сталь литейная.

Разрабатываемая отливка относится к отливкам ответственного назначения, которыми являются отливки для деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при статических нагрузках.

Химический состав стали 40ХЛ:

- содержание углерода (C) - 0,35…0,45 %;

- содержание марганца (Mn) - 0,40…0,90 %;

- содержание кремния (Si) - 0,20…0,40 %;

- содержание хрома (Cr) - 0,8…1,10 %;

- содержание меди (Cu) - не более 0,30 %;

- содержание никеля (Ni) - не более 0,30 %;

- содержание серы (S) - не более 0,040 %;

- содержание фосфора (Р) - не более 0,040 %.

Механические свойства стали 40ХЛ представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Механические свойства стали 40ХЛ (ГОСТ 977-88)

Механические свойства	Вид последующей термической обработки
	Нормализация или нормализация с отпуском	Закалка и отпуск
Категория прочности	КТ50	КТ30
Предел текучестит, МПа	491	500
Временное сопротивление в, МПа	638	650
Относительное удлинение , %	12	12
Относительное сужение , %	25	25
Ударная вязкость КСU, кДж/м2	392	400

Физические свойства стали 40ХЛ:

- плотность _сп.тв = 7830 кг/м³;

- плотность в расплавленном состоянии _сп.ж = 6930 кг/м³;

- линейная усадка 2,2…2,3 %;

- температура плавления t_пл = 1420…1520 С;

- температура заливки в литейные формы t_зал = 1450…1570 С.

Технологические свойства стали 40ХЛ:

Свариваемость: ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС и ЭШС. рекомендуется подогрев и последующая термообработка;

Обрабатываемость резанием: в закаленном и отпущенном состоянии при НВ 196-207 и уB = 620 МПа Kх тв.спл. = 1,1, Kх б.ст. = 0,6;

Склонность к отпускной способности: склонна;

Флокеночувствительность: малочувствительна.

Область применения стали 40ХЛ: бандажи, секции венца вагоноопрокидывателя, зубчатые колеса и др. детали, требующие повышенной твердости, а также фасонные оливки небольших размеров сложной конфигурации бандажи, секции венца вагоноопрокидывателя, зубчатые колеса и др. детали, требующие повышенной твердости, а также фасонные оливки небольших размеров сложной конфигурации.

Режимы термической обработки стали 40ХЛ представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Режимы термической обработки стали 40ХЛ (ГОСТ 977-88)

Нормализация и отпуск	Закалка и отпуск
Нормализация	Отпуск	Закалка	Отпуск
Температура, С
850…860	600…650	850…870	600…650



2. Выбор способа формовки

Рассчитаем массу детали по формуле

,

где - сумма объемов простых фигур, составляющих деталь, м³;

_сп - плотность сплава, кг/м³.

Для определения объема и массы детали «рычаг» мысленно разбиваем ее на отдельные элементы, представляющие собой простые геометрические фигуры.

Объем пустотелых цилиндров равен

V_цил=2ЧрЧH₁Ч(R₁²-R₂²),

где Н₁ - высота цилиндров, Н₁=0,03 м;

R₁ - наружный радиус цилиндра, R₁=0,027 м;

R₂ - внутренний радиус цилиндра, R₂=0,018 м.

V_цил=2Ч3,14Ч0,03Ч(0,027²-0,018²)=0,06Ч10^-3 м³

Объем соединительной планки

V_пла=AЧBЧH,

где А - длина планки, А=0,11 м,

В - ширина планки, В=0,05 м,

Н - высота планки, Н=0,01 м.

V_пла=0,11Ч0,05Ч0,01=0,06Ч10^-3 м³

Общий объем детали равен

V_дет= V_цил+ V_пла=0,06Ч10^-3+0,06Ч10^-3=0,12Ч10^-3 м³

Определяем массу детали

M_дет=0,12Ч10^-3Ч7830=0,94 кг.

При годовом выпуске отливок 500 шт. в год и массе 0,94 кг, производство отливок детали можно отнести к мелкосерийному производству.

Для мелкосерийного производства экономически наиболее рационально использовать ручную формовку. Поскольку форма детали достаточно простая и масса не превышает 100 кг, выбираем формовку по сырому.



3. Разработка чертежа отливки

3.1 Технологичность детали

3.1.1 Анализ конструкционной технологичности

Технологичными считают детали, конструкции которых отвечают требованиям, как технологии механической обработки, так и технологии литейного производства, а также условиям эксплуатации.

Деталь «рычаг» представляет собой сочетание простых геометрических тел. Деталь представляет собой комбинацию трех элементов - два малых цилиндра и соединяющая планка. В одном из цилиндров имеется продольный паз для шпонки.

Под технологичностью конструкций литых заготовок понимают совокупность свойств, позволяющих получать качественные отливки с минимальными затратами труда, средств, материалов и времени в принятых условиях производства, обеспечивая необходимую плотность стенок, точность размеров, механические и эксплуатационные свойства, определяющие функциональное назначение литой детали, а также обеспечение технологичности изготовления из литой заготовки детали механической обработкой.

В технологичных конструкциях литых деталей должны быть предусмотрены простые, прямолинейные контуры, облегчающие изготовление литейной оснастки и самих отливок; минимально допустимые толщины стенок в различных сечениях отливок, обеспечивающие необходимую прочность элементов конструкции и хорошую заполняемость полости формы расплавленным металлом без образования дефектов; плавные переходы и сопряжения, ребра жесткости и другие конструктивные элементы, способствующие снижению остаточных напряжений и предупреждению усадочных дефектов; конструктивные уклоны на боковых поверхностях, обеспечивающие изготовление отливок без искажения контуров формовочными уклонами и увеличения массы отливок за их счет. Таким образом, при разработке технологичной литой детали конструктору приходится учитывать множество различных факторов, влияющих на технологичность.

Конструкция детали «рычаг» является довольно простой и компактной, в результате чего целесообразно изготавливать ее целиком, не разделяя на отдельные части.

3.1.2 Определение минимальной толщины стенки отливки

Отливка должна иметь рациональную толщину в различных сечениях, что обеспечивает необходимую прочность конструкции и возможность заполнения формы металлом.

Минимальную толщину h_min необрабатываемых стенок отливок, обеспечивающую заполнение песчаной формы расплавленным металлом, определяем по диаграмме в зависимости от габаритных размеров:

;

где l, b, h - соответственно длина, ширина и высота отливки, мм.

Подставляя значения габаритных размеров отливки в формулу получим

мм.

По рассчитанному значению N используя диаграмму, назначаем минимальную толщину стенки отливки равную 6 мм. Согласно чертежу минимальная толщина стенки равна 9 мм, таким образом, заполнение расплавленным металлом обеспечивается во всех каналах литейной формы.

3.1.3 Сопряжения стенок и литейные радиусы

Сопряжения стенок под углом должны быть выполнены галтелями с определенным радиусом. Галтели обеспечивают плавный переход и предотвращают возникновение трещин из-за неравномерности затвердевания и охлаждения отливок. В детали «рычаг» присутствует сопряжение трех стенок 10/9=1,11<1,25.

Радиус внутреннего закругления равен

,

где a и b - большая и меньшая толщина стенок, мм.

мм.

Полученное значение округляем до ближайшего из нормального ряда радиусов - 5 мм.

3.1 Выбор положения отливки в форме

Основная задача при выборе положения отливки в форме во время заливки, заключается в получении наиболее ответственных ее поверхностей без литейных дефектов.

Отливку можно располагать в форме как с вертикальным расположением стержней, так и с горизонтальным.

При положении отливки с горизонтальным положением стержня выгоднее располагать отливку таким образом, чтобы стержни располагались в одной горизонтальной плоскости разъема, при этом также будет наименьшая высота опок. Обрабатываемая боковая поверхность в этом случае будет располагаться сбоку, что снижает вероятность попадания в нее посторонних примесей.

При вертикальном положении стержня возможно расположить половину детали в верхней полуформе, а другую в нижней, однако в этом случае обрабатываемая часть детали расположена сверху, что вызывает риск попадания в нее посторонних включений.

Общим для обоих рассматриваемых вариантов является:

- плоская горизонтальная поверхность разъема формы и модели;

- свободное извлечение модели из формы и удобство установки стержня.

Проанализировав достоинства и недостатки различных положений отливки в форме можно принять наиболее рациональной положение отливки с горизонтальным положением стержня.

Рисунок 3.2 - Варианты положения отливки в форме: а - горизонтальное; б - вертикальное

3.1.5 Минимальный диаметр литого отверстия

Возможность получения литого отверстия в отливках связана, прежде всего, со спекаемостью стержня, а также с возможностями протяжки сырых «болванок». Под минимальным диаметром литого отверстия понимается отверстие, которое может быть выполнено с применением стержня.

В детали «рычаг» имеются два цилиндра высотой 30 мм, внутренним диаметром 36 мм, толщиной стенки 9 мм.

При заданных глубине отверстия и толщине стенки отливки по справочным таблицам определяем, что минимальный диаметр литого отверстия в отливках из углеродистой стали в данном случае равен 24 мм. Таким образом, установлено, что данное отверстие возможно выполнить стержнем.

3.2 Формовочные уклоны

На наружных и внутренних поверхностях модели (и соответственно отливки) перпендикулярных плоскости разъема, обязательно должны быть предусмотрены технологические формовочные уклоны, необходимые для удаления моделей из литейной формы. Величину формовочных уклонов назначают в соответствии с ГОСТ 3212-92.

Формовочные (литейные) уклоны предусматриваются на моделях, в стержневых ящиках, в металлических формах для обеспечения извлечения соответственно модели из формы, стержня из стержневого ящика и отливки из металлической формы.

Формовочные уклоны в зависимости от требований, предъявляемых к поверхности отливки, можно выполнять:

1) на обрабатываемых поверхностях отливки сверх припуска на механическую обработку за счет увеличения размеров отливки. Допускается выполнение уклонов за счет уменьшения припуска, но не более 30 % его значения;

2) на необрабатываемых поверхностях отливки, не сопрягаемых по контуру с другими деталями, за счет увеличения и уменьшения размеров отливки;

3) на необрабатываемых поверхностях отливки, сопрягаемых по контуру с другими деталями, за счет уменьшения или увеличения размеров отливки в зависимости от поверхностей сопряжения.

Величина уклона зависит от высоты стенки, материала модели и от способа формовки.

Значения формовочных уклонов выбираем по ГОСТу в зависимости от высоты поверхности и материала модельного комплекта. Поскольку производство детали «рычаг» относится к мелкосерийному, то наиболее рационально модельный комплект изготавливать из дерева (ель, сосна, береза, ольха, липа, бук и др.), которое отличается легкой обрабатываемостью резанием, низкой стоимостью и способностью к склеиванию, удержанию лака и красок.

Изображение детали «рычаг» с указанными формовочными уклонами представлено на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Изображение детали «рычаг» с указанными формовочными уклонами и припусками

3.3 Припуски на механическую обработку

Величина припуска зависит от положения поверхности при отливке, способа формовки и чистоты обработки поверхности, а также от величины отливки и самой обрабатываемой поверхности.

Величина припуска зависит не только от точности отливки, но и от требований к точности детали, а также от технического уровня (точности) систем механической обработки.

Таким образом, выбор экономически целесообразной величины припуска на обработку - это результат совместной работы технолога-литейщика и технолога по механической обработке на стадии проектирования технологического процесса изготовления отливок.

Допуском называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютное значение алгебраической разности меду верхним и нижним отклонениями.

Назначение припусков на механическую обработку проводим в соответствии с ГОСТ 26645-85. Чертеж детали «рычаг» с обозначением обрабатываемых поверхностей представлен на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Механически обрабатываемые поверхности детали «рычаг»

Способ литья - литье в песчано-глинистые формы из смесей с влажностью от 2,8 до 3,5 % и прочностью от 120 до 160 кПа (от 1,2 до 1,6 кг/см²), со средним уровнем уплотнения до твердости не ниже 80 единиц.

По таблице 9 (ГОСТ 26645-85 (изм. №1, 1989 г), прил. 1) для заданного технологического процесса, наибольшего габаритного размера отливки и стального сплава подвергаемого термической обработке, находим интервал классов точности размеров.

По таблице 11 (ГОСТ 26645-85 (изм. №1, 1989 г), прил. 3) для заданного технологического процесса, наибольшего габаритного размера отливки и стального сплава подвергаемого термической обработке, находим интервал степеней точности поверхностей отливок.

По таблице 14 (ГОСТ 26645-85 (изм. №1, 1989 г), для принятой степени точности поверхности определяем интервал рядов припусков на обработку отливки.

Из таблицы 1 (ГОСТ 26645-85 (изм. №1, 1989 г)) по номинальному размеру и классу размерной точности находим допуски размеров отливок.

Из таблицы 10 (ГОСТ 26645-85 (изм. №1, 1989 г), по отношению наименьшего размера элемента отливки к наибольшему, виду формы и наличию термообработки отливки находим интервал степеней коробления элементов отливки.

Из таблицы 2 (ГОСТ 26645-85 (изм. №1, 1989 г)) по степени коробления элементов отливки и номинальному размеру участка отливки находим допуск формы и расположения элементов отливки.

Из таблицы 16 (ГОСТ 26645-85 (изм. №1, 1989 г), по найденным допуску размера и допуску формы и расположения поверхности определяем общий допуск элемента отливки.

Из таблицы 6 (ГОСТ 26645-85 (изм. №1, 1989 г)) по общему допуску элемента поверхности и ряду припуска назначаем общий припуск на обработку.

В учебных целях выбираем черновую механическую обработку.

Результаты определения общего припуска на механическую обработку представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Определение общих припусков на механическую обработку

Параметр	Значение параметра для обрабатываемой поверхности
	А	Б
Номинальный размер от базы до обрабатываемой поверхности, мм	36	30
Класс размерной точности отливки	13т	13т
Степень точности поверхностей отливки	18	18
Ряд припуска на обработку отливки	10	10
Допуски размеров отливки, мм, не более	5,6	5,6
Степень коробления элементов отливки	7	7
Допуск формы и расположения элементов отливки, мм, не более	0,5	0,5
Общий допуск элемента отливки, мм, не более	6,4	6,4
Общий допуск при назначении припуска, мм	3,2	3,2
Общий припуск на сторону при черновой обработке, мм, не более	3,4	3,4

3.4 Конструирование стержней

Стержневые знаки служат для обеспечения правильного и надежного фиксирования стержня в форме.

При проектировании стержней необходимо:

- определить границы стержней и их количество;

- выбрать или рассчитать размеры знаковых частей и определить величину зазоров между знаками формы стержней;

- обеспечить прочность за счет выбора соответствующего состава стержневой смеси или установки каркасов;

- выбрать способ изготовления.

Литейными стержнями называют элементы литейной системы, изготавливаемые отдельно от полуформ в специальной (как правило) оснастке и предназначенные для получения в отливке отверстий и полостей, которые не могут быть получены от модели. Стержни, как правило, ставят в форму после сушки, чтобы увеличить их прочность и уменьшить газотворность (способность формовочных смесей выделять газы при заливке металла).

Наиболее рациональным способом выполнения внутреннего сквозного отверстия в детали «рычаг» является использования песчаного стержня. Размеры, уклоны и зазоры между знаками стержня и формой выбираем в соответствии с ГОСТ 3212-92.

По 13т классу размерной точности отливки принимаем 7 класс точности модельного комплекта.

Для удаления образующихся при заливке жидкого металла газов в стержне предусмотрен сквозной вентиляционный канал. Изображение стержня с указанными размерами представлено на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Изображение стержня



4. Разработка чертежа литейной формы

4.1 Выбор типа литниковой системы

Качество отливки зависит также от места подвода расплава в форму. Сталь 40ХЛ имеет повышенную усадку, поэтому в утолщениях отливки могут образовываться раковины, пористость, рыхлота.

Конструкция литниковой системы должна обеспечивать плавный, безударный подвод расплава в полость формы, а также задержание различных неметаллических включений (шлака, пузырьков воздуха и газов и т.д.), находящихся в расплаве.

Поскольку стали 40ХЛ имеет повышенную усадку, но так как деталь «рычаг» имеет малый объем и массу, то целесообразней использовать заполненную (сужающуюся) литниковую систему, в которой самым узким сечением является питатель.

>>,

где , - соответственно площадь сечения стояка и шлакоуловителя;

- суммарная площадь сечения питателей.

В выбранной литниковой системе создаются условия для задержания в ней легких неметаллических включений и газов, но вследствие истечения расплава из питателя в полость формы с большой скоростью, создаются условия для захвата воздуха, разбрызгивания, окисления металла, разрушения формы и стержня.

4.2 Определение размеров литейной формы

В целях экономии металла, расходуемого на изготовление опок, а также уменьшения количества формовочных смесей, необходимо рационально располагать модели в форме. Рекомендуемые расстояния между моделями и элементами формы для проектируемой отливки составляют:

- расстояние от верха модели до верха опоки 40 мм;

- расстояние от низа модели до низа опоки 50 мм;

- расстояние от модели до стенок опоки 45 мм;

- расстояние от кромки стояка до стенки опоки 140 мм.

Полученные размеры приводим в соответствие с ГОСТ 2133-75. В результате выбираем стандартные размеры литейных опок. В соответствии с заданием требуемые размеры опок в свету 210120 мм, высота верхней опоки 65 мм, высота нижней опоки 75 мм.

В соответствии с ГОСТ 2133-75 выбираем прямоугольные опоки со следующими стандартными размерами в свету 300250 мм, высота верхней опоки 75 мм, высота нижней опоки 75 мм.

С учетом серийности производства опоки целесообразно изготовить сварными из стандартного проката.

4.3 Определение площади узкого сечения

Определение размеров элементов литниковой системы имеет важное технико-экономическое значение, так как правильно назначенные размеры литниковой системы позволяют уменьшить расход металла на литники, выпоры, снизить брак отливок.

Для выбранной расширяющейся литниковой системы самым узким сечением является стояк. Определяем площадь стояка по уравнению

,

где m_ф - металлоемкость формы, кг;

- коэффициент расхода литниковой системы - безразмерная величина, всегда меньше единицы;

_м.ж - плотность жидкого металла, кг/м³;

_зал.ф - продолжительность заливки формы, с;

g - ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с²;

Н_р - расчетный металлостатический напор, м.

Под величиной металлоемкости формы подразумевается масса отливки вместе с элементами литниковой системой, однако перед расчетом литниковой системы величина m_ф неизвестна. Применяем приблизительный метод расчета согласно которому, по коэффициенту К выхода годного и массе отливки m_о определяем m_ф по уравнению

,

Для отливки детали «рычаг» коэффициент выхода годного принимаем равным 0,4. Подставляя известные значения в уравнение получим

кг.

Из справочной литературы, для формовки «по-сырому» принимаем значение коэффициента расхода = 0,42.

Для расчета времени заполнения форм в справочной литературе предложено несколько формул, из которых наиболее широкое применение нашла следующая

,

где s - коэффициент, учитывающий толщину стенок отливки;

- преобладающая толщина стенки отливки, мм.

Преобладающую толщину стенки принимаем = 17 мм. С учетом данного значения, коэффициент s назначаем 1,35. Подставляя значения в формулу получим

с.

Расчетный статический напор зависит от размера отливки и определяется из соотношения

,

где Н - высота стояка от места подвода расплава в форму, см;

С - высота отливки, см;

Р - высота отливки от места подвода расплава в форму, см.

При выбранном способе подвода расплава по плоскости разъема уравнение приобретает вид

.

Подставляя соответствующие размеры получим

м.

Подставляя полученные значения в уравнение получим

м².

4.4 Определение размеров элементов литниковой системы

Вычислив площадь узкого сечения литниковой системы определим площади сечений остальных элементов. Соотношение площадей сечений элементов литниковой системы для сплава сталь 40ХЛ принимаем следующее

:: = 1,0 : 1,1 : 1,2.

Таким образом, площадь сечения шлакоуловителя равна площади сечения стояка и составляет м², а площадь сечения питателей

м².

Форму питателей и шлакоуловителей принимаем в виде трапеции, обращенной большим основанием к разъему формы.

В разрабатываемой литниковой системе устанавливаем один стояк, два шлакоуловителя и два питателя. Следовательно, при расчете геометрических размеров сечений шлакоуловителей и питателей найденные выше значения площадей уменьшаем в два раза.

Размеры трапецеидального сечения шлакоуловителей рассчитываем по уравнениям

;

;

.

где h_шл - высота шлакоуловителя, м;

a_шл - ширина большего основания сечения, м;

b_шл - ширина меньшего основания сечения, м.

Подставляя соответствующие значения в уравнения получим

м;

м;

м.

Размеры питателей составляют

м;

м;

b_пит=0,7Ч0,0234=0,016 м.

Диаметр стояка внизу определяется по формуле

,

м.

Диаметр стояка вверху определяется по уравнению

,

где Н_о - высота стояка, см.

Поскольку расплавленный металл подается в полость формы по плоскости разъема, то высота стояка равна высоте верхней опоки 120 мм. Подставляя значения в формулу получим

мм.

Размеры и форма поперечных сечений элементов литниковой системы представлены на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Размеры питателя, шлакоуловителя и стояка

Для приема расплавленного металла из разливочного ковша и задержания шлака выбираем чашу-резервуар, формуемую в форме. Конструкция чаши-резервуара представлена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Чаша-резервуар

4.5 Центрирование опок и расчет груза

Для точной фиксации одной полуформы относительно другой используем центрирующие штыри. Способ центрирования выбираем - на штырь - штыри устанавливаются в нижней опоке, верхнюю отверстиями ее ушков направляют на штыри.

При заполнении формы расплав создает давление на ее стенки, что может привести к тому, что под давлением расплава верхняя опока приподнимается, в результате по разъему верхней и нижней полуформ образуется щель, через которую расплав может вытечь. Для того, чтобы это исключить необходимо на собранную форму установить груз.

Для расчета массы груза применяют формулу

,

где m_гр - масса груза, кг;

k - коэффициент, учитывающий динамический удар, происходящий в момент заполнения формы, k = 1,3…1,5;

F - площадь проекции отливки на горизонтальную плоскость, м²;

Н - напор металла (чаще всего равен высоте верхней полуформы), м;

V_ст - объем стержней без знаковых частей, м³;

_сп.ж - плотность сплава в жидком состоянии, кг/м³;

_ст.см - плотность стержневой смеси, кг/м³;

m_в.п - масса верхней полуформы, кг.

Площадь проекции отливки на горизонтальную плоскость определяем как сумму площадей проекций пяти основных элементов на которые можно разбить деталь (рис. 4.5). сталь рычаг отливка

Рисунок 4.5 - К определению площади проекции отливки на горизонтальную плоскость

Площадь проекции отливки определяем суммированием площадей пяти элементов

мм² = 0,0042 м².

Напор металла равен высоте верхней опоки и составляем 0,07 м.

Объем стержня без знаковых частей определяем по формуле

м³.

Плотность стержневой смеси принимаем 2500 кг/м³.

Массу верхней полуформы m_в.п, кг, определяем по уравнению

,

где m_см - масса формовочной смеси в верхней полуформе (без вычета объема отпечатка), кг;

m_оп - масса верхней опоки, кг;

V_отп - объем отпечатка в верхней полуформе, м³;

_ф.ст - плотность формовочной смеси, кг/м³.

Масса формовочной смеси в верхней полуформе (без вычета объема отпечатка) равна произведению размеров опоки в свету на ее высоту и плотность формовочной смеси (_ф.см = 2500 кг/м³)

кг.

Принимая толщину стенки опоки 6 мм, масса верхней опоки равна (весом центрирующих штырей пренебрегаем)

кг.

Объем отпечатка в верхней полуформе можно определить как половину суммы объема детали и объема стержня без знаковых частей

;

м³.

Масса верхней полуформы равна

кг.

Подставив полученные значения в формулу получим

кг.

Таким образом, выяснили что дополнительный груз не требуется, так как верхняя половина опоки обеспечит необходимое давление благодаря переизбытку массы 11,9 кг.



5. Выбор и приготовление формовочной смеси

Для изготовления литейной формы (формовка по сырому) выбираем единую формовочную смесь, состав и свойства которой представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Состав и свойства единой формовочной смеси

Состав формовочной смеси, мас. %	Физико-механические и технологические свойства смесей
Оборотная смесь	Кварцевый песок	Бентонит	Добавки	Прочность при сжатии, Н/мм2	Влагосодержание, %	Общее содержание мелочи, %	Содержание активного бентонита, %	Газопроницаемость, ед., не менее
92…95	5…8	1,2…2,0	0,05…0,1 крахмалистые	0,17…0,21	3,1…3,5	11…13	7…8	100

Песчано-глинистые смеси получили наибольшее применение в литейном производстве при изготовлении литейных форм и стержней. На долю песчано-глинистых смесей приходится более 60 % объема всех формовочных смесей.

Требования к смесям для стального литья более высокие по огнеупорности, газопроницаемости, поскольку температура заливки стали составляет 1600…1650 С. Поэтому при их разработке используют более крупнозернистый песок с повышенной огнеупорностью, который способствует также повышению газопроницаемости смеси.

Технологический процесс приготовления единых формовочных смесей включает подготовку исходных (свежих) материалов, подготовку (регенерацию) отработанной смеси, которая является основной составляющей смеси, и смешивание этих материалов с добавлением воды. Все оборудование для реализации технологического процесса приготовления единых формовочных смесей часто объединяется в смесеприготовительную систему, а отделение литейного цеха называется «смесеприготовительным».

Назначение исходных (свежих) материалов заключается в восстановлении свойств смеси после заливки металла и поддержании их на заданном уровне. К исходным материалам песчано-глинистых смесей, подготовку которых чаще всего выполняют в цехе, относят пески, глины и каменноугольную пыль.

Подготовка песка в литейном цехе включает в себя сушку, охлаждение и просеивание. Температуру сушки определяют, исходя из содержания в песке глинистых составляющих. Для сушки используют барабанные сушилки или установки для сушки песка в кипящем слое.

После сушки формовочные пески с высоким содержанием глинистой составляющей (более 10 %) подвергают дроблению с целью измельчения комьев, используя оборудование, предназначенное для грубого дробления формовочных материалов. К данному виду оборудования относятся щековые, валковые, молотковые и роторные дробилки.

Формовочную глину используют в виде порошка или суспензии. Порошок глины изготовляют следующим образом. Комовую глину сначала сушат в барабанных сушилках. Размол глины обычно проводят в две стадии: грубое и тонкое дробление. Для грубого дробления используют шаровые мельницы. Глину, которая прошла стадию грубого дробления, загружают в барабан вместе со стальными шарами. При вращении барабана шары размалывают глину, тонкие фракции которой проходят через решетчатые стенки и выходят наружу через разгрузочное окно. Крупные фракции глины, не прошедшие через решетчатые стенки барабана, специальными лопастями направляются в барабан для повторного дробления.

Для приготовления суспензии комовую глину замачивают в баках с водой при массовом соотношении 1:2 для обычных и 1:4 для бентонитовых глин. По истечении времени, достаточного для разбухания глины, ее размешивают в лопастном смесителе до получения однородной суспензии. Преимуществом варианта использования глинистой суспензии является устранение операций сушки и размалывания, сопровождающихся обильным пылевыделением.

Каменноугольную пыль приготовляют в шаровых или молотковых мельницах. Тонкость помола угля должна соответствовать фракциям на ситах 005 и 0063, суммарное содержание которых должно составлять не менее 70 %.

Подготовка отработанной формовочной смеси. Основной составляющей единых формовочных смесей является отработанная смесь. Иногда подготовку отработанной смеси называют «регенерацией смеси», что не совсем точно отражает назначение подготовки.

Отработанная смесь после подготовки должна быть сыпучей и однородной, в ней должны отсутствовать металлические включения и знаковые части стержней, имеющие большую остаточную прочность.

Приготовление формовочных смесей. Назначение процесса приготовления формовочных смесей состоит в смешивании исходных (свежих) материалов, отработанной смеси и воды. В процессе смешивания каждая частица (зерно) песка обволакивается глинистой составляющей при однородном распределении воды и других составляющих смеси.

Процесс смешивания проводится в специальных машинах - смесителях. Наиболее распространенным и традиционно применяемым в литейном производстве является смеситель с неподвижной чашей и катками, вращающимися вокруг горизонтальных осей.

При работе смеситель оказывает двоякое воздействие на смесь, уплотняя ее катком и разрыхляя уплотненные объемы плужком. В процессе таких поочередных действий уплотнения и разрыхления зерна кварцевого песка перемещаются по траекториям сближения и удаления, при этом на частицах песка формируются глиняные оболочки.

6. Возможные дефекты отливки и причины из возникновения

Основные возможные дефекты отливки детали «рычаг» и причины их возникновения:

- несоответствие отливки чертежным размерам (перекос форм (вызывает смещение частей отливки, расположенных в нижней и верхней полуформах) и стержней (вызывает разностенность));

- газовые раковины (плохое качество расплава, нарушение правил заливки формы, недостаточная газопроницаемость форм и стержней, повышенная влажность формовочных смесей, плохой вывод газов через вентиляционные каналы формы или стержня и др.);

- усадочные раковины (нарушение условий остывания расплава в форме, неправильный подвод расплава в форму, недостаточное питание отливки, заливка формы перегретым металлом и др.);

- шлаковые раковины (попадание в полость литейной формы шлака вместе с расплавом (вследствие неправильного устройства литниковой системы или небрежной заливки формы));

- песчаные раковины (сор, оставшийся при сборке формы, обвал отдельных частей плохо изготовленной формы или стержня, разрушение отдельных частей формы струей расплава и др.);

- заливы (заполнение расплавом щелей внутри формы, зазоров между знаками стержня и формы, между нижней и верхней полуформами и др.);

- недоливы (низкая температура заливаемого расплава, утечка расплава из формы.);

- горячие трещины (плохая податливость стержней и отдельных частей формы, слишком ранняя выбивка отливки из формы, неравномерность остывания отливки и др.).



Заключение

В ходе выполнения курсового проекта разработан маршрутно-технологический проект процесса изготовления отливки детали «рычаг».

Проведен анализ сплава для выполнения детали, описан его химический состав, механические и физические свойства. Проведена оценка технологичности конструкции детали с учетом особенностей литейного процесса. Рассчитаны объем и масса отливаемой детали. Определена минимальная толщина стенки отливки обеспечивающая необходимую прочность конструкции и возможность заполнения формы металлом. Установлены необходимые радиусы переходов и сопряжений стенок способствующие снижению внутренних напряжений в отливке. В зависимости от высоты стенки и способа формовки по ГОСТу выбраны значений формовочных уклонов, обеспечивающих свободное извлечение модели из формы. Установлен минимальный диаметр литого отверстия и проведена оценка конструкционной технологичности литых деталей.

Определено наиболее рациональное положение отливки в форме и положение плоскости разъема. По ГОСТу выбраны значения допусков и припусков на последующую механическую обработку.

В соответствии с ГОСТом установлены основные геометрические размеры знаков стержня. Разработан чертеж деревянной модели.

Произведены технологические расчеты, в результате которых определены размеры литейной формы, выбран тип литниковой системы и определены ее размеры, определены площади сечения элементов литниковой системы.

Произведен выбор формовочной смеси и кратко описаны технологические этапы ее приготовления.

Кратко описаны основные возможные дефекты отливки детали «рычаг» и причины их возникновения.

Литература

1. ГОСТ 26645-85. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку.

2. ГОСТ 3212-92. Комплекты модельные. Уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров.

3. ГОСТ 2133-75. Опоки литейные. Типы и основные размеры.

4. ГОСТ 977-88. Отливки стальные. Общие технические условия.

5. Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова. - М.: Высш. шк., 2001. - 638 с.

6. Технология конструкционных материалов. Под ред. д-ра техн. наук, проф. Г.А. Прейса. - Вища школа. Головное изд-во, 1984. - 359 с.

7. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под общей ред. А.М. Дальского. - 4-е изд., перераб. И доп. М.: Машиностроение, 2002. - 512 с.

8. Технология литейного производства: Литье в песчаные формы: Учебник для студ. высш. учеб. Заведений / А.П. Трухов, Ю.А. Сорокин, М.Ю. Ершов и др.; Под ред. А.П. Трухова. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 528 с.

Размещено на Allbest.ru

...