Технология литья разовой формы "Крышка подшипника"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Значение литейного производства в народном хозяйстве чрезвычайно велико, почти все машины и приборы имеют литейные детали. Литье является одним из старейших способов, которым еще в древности пользовались для производства металлических изделий в начале из меди и бронзы а затем из чугуна , а позже из стали и др. сплавов.

В 1868 году на Мальцевских заводах впервые были стальные фасонные отливки. Основными процессами литейного производства являются: плавка металла, изготовление форм, заливка металла и охлаждение, выбивка, очистка, обрубка отливок, термическая обработка и контроль качества обработки. Основной способ изготовления отливок - литье в песчаные формы, в которых получают около 80% отливок. Однако точность и шероховатость поверхности отливок, полученных в песчаных формах, во многих случаях не удовлетворяют требованиям современного машиностроения.

Литейное производство, позволяет получить заготовки сложной конфигурации с минимальными припусками на обработку резанием и с хорошими механическими свойствами. Технологический процесс изготовления механизирован и автоматизирован, что снижает стоимость литых заготовок. Достижения современной науки во многих случаях позволяют коренным образом изменить технологический процесс, резко увеличить новые высокопроизводительные машины и автоматы.

Целью курсового проекта является закрепление теоретических знаний полученных при изучении дисциплин «Теория литейных процессов» и «Технология литейного производства», освоение практических навыков в проектировании и разработке технологических процессов изготовления разовых форм, а также углубление и расширение знаний в данной области путем творческой работы со специальной технической литературой и ГОСТами.

1. Анализ технологичности конструкции отливки

Деталь «Крышка подшипника» является корпусным элементом механизма крепления вращающегося вала или оси. В процессе эксплуатации механизма испытывает динамические, статические нагрузки, вибрацию, работает в температурном интервале от -50 до +200°С, выдерживает воздействие смазочных материалов находящихся под давление 0,15 МПа. Таким образом, литая заготовка для данной детали, относится к группе отливок особо ответственного назначения, подвергающаяся контролю по следующим показателям:

- внешний вид, размеры, хим. состав.

- относительное удлинение;

- временное сопротивление разрыву;

- ударная вязкость;

- выборочное испытание механических свойств, на образах, вырезанных из тела контрольной отливки.

Согласно чертежу, деталь изготавливается из серого чугуна марки СЧ25 ГОСТ 1412-85.

Химический состав, %:

· Углерод - 3,2- 3,4

· Кремний - 1,4-2,2

· Марганец - 0,7-1

· Серы - до 0,15

Фосфор - до 0,2.

Этот сплав достаточно распространённый и не имеет особых трудностей в изготовлении. Он обладает небольшой линейной усадкой 1,2%, достаточно дешёвый, имеет средние прочностные характеристики НВ -170-240, у_в(предел прочности при растяжении) - 250 МПа. Хорошо подходит для литья в песчано-глинистые формы. Отливки из СЧ 25 обладают хорошей износостойкостью при больших нагрузках, коррозионностойкие.

Физические свойства:

· Плотность 7200 кг/см³

· Коэффициент температурного расширения при 100°С - 10^-51/Град.

Данный чугун используется в станко- и машиностроении.

Деталь имеет габаритные размеры, 880х260х390 мм, массу 227 кг. Минимальная толщина стенки 55 мм, преобладающая толщина стенки 120 мм. Размер сквозных отверстий:

- диаметр 56 мм, высота 285 мм - количество 4 штуки.

- диаметр 30 мм, высота 75 мм - количество 2 штуки.

- диаметр 11.1 мм, высота 120 мм - количество 1 штука.



2. Выбор технологического процесса и оборудование для его осуществления

Заготовка для детали «Крышка подшипника» изготовляется литьем в сухую песчаную форму. Должна обладать прочностью и герметичностью.

Не допускается рассеянная пористость. Отливка должна хорошо обрабатываться резанием, т.е. исключить вероятность образования отбела. Шероховатость не ниже 10 класса точности не допускается наличие трещин, несплошностей в места сопряжения с другими деталями. Не допускается наличие раковин на наружной поверхности глубиной более 3 мм. Литая заготовка подвергается термообработке для снятия термических напряжений и для предотвращения коробления детали.

Деталь имеет 4 поверхности, обрабатываемые механически с шероховатостью 3,2;6,3;12,5;25. Таким образом, отливка относится к пятой группе сложности - это отливка особо ответственного назначения, работающие при давлении 0,45 МПа. Геометрическая форма отливки - сочетание нескольких правильных геометрических тел: полуцилиндр и параллелепипед.

Производство является серийным. Годовой выпуск отливок составляет 5000 шт. При серийном производстве отливок целесообразно применять машинную формовку. Рядом ее преимуществ является: облегчение труда, повышение производительности. По способу уплотнения формовочной смеси формовочные машины подразделяются на прессовые, встряхивающие, пескодувные, пескострельные, пескометные, импульсные, вакуумные, и специальные машины. Формовка производится на встряхивающей машине.

Все это позволяет иметь минимальное количество разъемов формы, равномерно уплотнить смесь и обеспечить стабильность качества изделий.



3. Выбор положение и количества отливок в форме

Основными задачами при выборе положения отливки во время заливки являются:

· направленность затвердевания, а в некоторых случаях одновременность затвердевания разных по массе частей отливки;

· наиболее ответственные рабочие или обрабатываемые части отливки располагаются внизу или в вертикальном положении;

· предотвращение образования дефектов усадочного характера, трещин, засоров и т. п.;

· обеспечить простоту сборки формы

При вертикальном расположении отливки усложняется технология формовки, увеличивается высота формы, что приводит к повышенному расходу формовочной смеси и усложняется последующая сборка готовой формы.

Следовательно, выбираем вариант горизонтального расположения отливки.

Так как отливка не крупная по габаритам, то в форме будет две отливки.



4. Выбор поверхности разъема модели и формы

Поверхность соприкосновения верхней и нижней полуформ называется поверхностью разъема формы. Она необходима для извлечения модели из уплотненной формовочной смеси и установки стержней в форму.

Выбор разъема формы определяет конструкцию и разъемы модели, необходимость применения стержней, величину формовочных уклонов, размер опок и т.д. При неправильном выборе поверхности разъема возможно искажение конфигурации отливки, неоправданное усложнение формовки и сборки.

При выборе поверхности разъема формы и модели необходимо соблюдать следующие положения:

· одинаковое положение формы при ее сборке и заливке (без кантовки);

· наименьшее количество поверхностей разъема: по возможности разъем модели и формы должен совпадать и быть плоским;

· минимальное количество стержней, что повышает геометрическую точность отливки;

· машинный способ изготовления форм, установки стержней, контроль собранной формы;

· расположение основной части отливки в нижней полуформе.

Согласно данным требованиям наиболее рационально разместить

всю отливку в верхнейполуформе. Это максимально облегчит технологию изготовления полуформ и их сборку.

Разъем модели и формы принимаем горизонтальным.



5. Технологические указания и расчеты по проектированию и изготовлению отливки

5.1 Определение величины припусков на механическую обработку отливки.

Допуски на размеры и массу отливок регламентированы ГОСТ

26645-85. Класс точности размеров и масс отливки «Крышкаподшипника» из сплава СЧ25 при литье в песчано-глинистую форму по ГОСТ 26645-88 с наиболеегабаритным размером 880 мм составляет 8-13Т, принимаем 11; ряд припусков 2-4 принимаем 4. При этом можно обеспечить точность размеров деталей, получаемых при обработке резанием (квалитет) 1Т13 и грубее.

Для номинального размера 370 допуск линейных размеров по ГОСТ26645-88 для 11 класса точности составляет 6,4 мм;Для номинального размера 285допуск линейных размеров по ГОСТ26645-88 для 11 класса точности составляет 6,4 мм.Для номинального размера 55 допуск линейных размеров по ГОСТ26645-88 для 11 класса точности составляет 4 мм.Для номинального размера D-540 мм допуск линейных размеров по ГОСТ26645-88 для 11 класса точности составляет 7 мм;для номинального размера 100 мм допуск линейных размеров по ГОСТ26645-88 для 11 класса точности составляет 5 мм;

5.2 Определение величины формовочных уклонов

Формовочным уклоном называется уклон, выполненный на наружной или внутренней рабочей поверхности модели (отливки) для удобства удаления модели из литейной формы. Чтобы легче удалить модель из формы, поверхности ее, расположенные параллельно направлению движения при извлечении из формы, выполняют с уклонами.

Величина формовочного уклона зависит от высоты вертикальной поверхности модели. На наружные поверхности металлической модели высотой 55 мм назначаем уклон 0°45'; для высоты 370 назначаем уклон 0°20'.

5.3 Расчет радиусов галтелей

Галтели между двумя сопрягаемыми стенками отливки назначают для того, чтобы предотвратить образование трещин в местах сопряжения.

Радиус галтелей рассчитываем по формуле:

, мм,

где А и D - толщина сопрягаемых стенок, мм.

мм, примем R = 20 мм.



6. Проектирование стрежней

Литейный стержень -- это элемент литейной формы для образования отверстия, полости или иного сложного контура в отливке. Для получения сложных или очень крупных отливок применяют формы, собранные из стержней, их также используют для выполнения элементов литниковой системы.

При толщине стенки 20 мм, при ее высоте в 285 мм минимальный диаметр отверстий выполняемых литьем составляет 40 мм, следовательно, отверстие диаметром 56 мм выполняется стержнем.

Стержень в форме при сборке располагается вертикально. Высота нижнего знака вертикального стержня для сухих форм составляет 50 мм. Высоту верхнего знака принимаем не более 0.5 от высоты нижнего вертикального знака - 25 мм.формовочные уклоны для знаковых формообразующих поверхностях в зависимости от высоты знака и расположения в форме. Уклон для нижнего знака - 7°, для верхнего - 10°.

Для определения технологических зазоров между знаками формы и стрежня следует учитывать класс точности и материал, из которого изготовляется модельный комплект. Зазоры между знаками формы и стрежня для модельного комплекта третьего класса точности, изготовленного из металла алюминиевый сплав АК-1, при высоте знака в 50 и 25 мм составляет 0,8 мм. Для обеспечения соосного выполнения отверстий, выполняемых стержнями, знаковую часть двух стрежней объединяем.

Отношение L/D>5, где L -длинна стержня, D-его диаметр.Нижнею знаковую часть выполняем в соответствии с чертежом 1.



Чертеж 1.



7. Расчет прибылей

Для создания условий направленной кристаллизации, предотвращения образования усадочных дефектов в отдельных частях отливки устанавливают прибыли.

В отливке «Крышка подшипника » имеется два массивных термических узла, имеющих наибольшую толщину стенки.

Для нахождения объёма прибыли воспользуемся методомЙ.Прижбыла.

Объем прибыли находится по формуле:

где в - коэффициент экономичности прибыли, равный отношению объема усадочной раковины V_yc.р к объему сплава в прибыли:

в - для отливок из чугуна при использовании закрытых прибылей принимаем равным 0,085;

- суммарная относительная объёмная усадка сплава, зависящая от температуры заливки (Т_зал = 1305°C). Ее значение при выполнении расчетов можно определить по следующей зависимости:

,

где ДТ - перегрев сплава над температурой ликвидус (Т_лик =1255 °С);

Тогда:

Вычисляем объём прибыли по формуле:



Высоту прибыли принимаем равной 110 мм, т.к. у нас открытая прибыль

Расчет геометрических размеров прибыли

Исходя из объема прибыли получаем:

R= 4 см.



8. Проектирование и расчет литниковой системы

Правильно построенная литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Обеспечить хорошее заполнение формы за некоторое оптимальное время;

2. Способствовать плавному поступления сплава в полость и получению отливки с точными размерами, без поверхностных дефектов;

3. Создать тепловые условия, благоприятствующие направленному затвердеванию отливки;

4. Расход металла на литниковую систему должен быть наименьший.

Выбираем литниковую систему III класса. К элементам литниковой системы относятся: литниковая воронка, стояк, шлакоуловитель, питатели. Расплав подается сверху отливки. Площадь узкого места литниковойсистемы определяется суммарной площадью питателей

литье форма крышка подшипник

8.1 Оптимальная продолжительность заливки формы

Опыт показывает, что для каждой отливки существует оптимальная продолжительность заливки формы -ф_зал, соответствующая неравенству:

ф_min? ф_зал ? ф_max,

где ф_min- минимально допустимая продолжительность заливки формы, определяется:

-временем, необходимым для полного удаления из формы воздуха и газов;

-возможностью размывания поверхности формы и стержня;

-нежелательностью увеличения сечения литниковых каналов по экономическим соображениям;

ф_max - максимально допустимая продолжительность заполнения формы, определяется:

- отводом тепла и снижением температуры сплава;

- жидкотекучестью сплава (условием является получение отливки без спаев недоливов в тонких сечениях).

При выборе оптимальной продолжительности заливки нужно учитывать уровень и место подвода сплава. В данном случае подвод сплава осуществляется к верхней части формы.

Расчет ведем по следующей формуле:

(3)

где S₁ - коэффициент продолжительности заливки «для чугунных отливок чаще принимают равным 2»

д- преобладающая толщина стенки, мм

G_ж- масса жидкого металла в форме, кг

Преобладающая толщина стенки S= 55 мм исходя из чертежа детали. Определяем массу жидкого металла в форме:

где G_отл - черновая масса отливки, кг;

G_приб и G_л.с - масса прибылей и литниковой системы, кг;

N- количество отливок в опоке.

Масса литниковой системы принимается в приделах 10-15% от массы жидкого сплава заливаемого в форму принимаем равным15%

по формуле определяем G_ж

(4)

По формуле (3) определяем оптимальное время заливки:

Опыт показывает, что отливка получается качественной в некотором интервале времени заливки: при отклонении т_зал от рассчитанного в большую или меньшую сторону на 20%. По данным Г. М. Дубицкого время заливки должно удовлетворять неравенству:

Так как отливка является тонкостенной, то примем:

8.2 Расчет пощади поперечного сечения узкого места литниковой системы

Расход сплава, протекающего через литниковую систем, определяется

площадью поперечного сечения узкого места литниковой системы щ_узи

величиной действующего напора Нр.

Узким местом литниковой системы называется ее элемент, имеющий наименьшую площадь поперечного сечения и определяющий расход сплава в системе.

Площадь поперечного сечения узкого места литниковой системы рассчитывается по формуле :



где: G_ж- масса жидкого металла, кг;

с_ж - плотность сплава при температуре заливки, кг/см³;

м - коэффициент расхода литниковой системы;

ф_зал - продолжительность заливки формы, сек; g- ускорение свободного падения, см/с²;

Н_р - расчетный статический напор.

Так как наша литниковая система является замкнутой во всех элементах, то Нр расчетный статический напор определяется по формуле Диттера(6):

где: Н_ч-высота чаши,h_cт- высота стояка.

Так как вся отливка расположена в верхней полуформе, то сумма Н_ч +h_cтравна высоте верхней опоки

Затем рассчитаем площадь поперечного сечения узкого места литниковой системы по формуле (5):

8.3 Расчет площадей поперечного сечения остальных элементов литниковой системы

После определения площади сечения узкого места литниковой системы рассчитывают площади поперечного сечений остальных элементов. Это осуществляется по эмпирическим соотношениям, зависящим от сплава и положения узкого места системы. На основании того, что мы осуществляем заполнение формы чугуном и из поворотного ковша, то:

щ_пит: щ_шл: щ_ст= 1 : 1,2 : 1,4.

Так как узким местом у нас является питатель, то:

щ_пит = 25 см².

Из соотношения находим щ_ст:

щ_ст = 25 1,4 = 35 см²

площадь шлакоуловителя находиться из соотношения

щ_шл = 1,2 25 = 30 см²

После расчета площадей сечений определяем размеры всех элементов литниковой системы.

8.4. Конструирование элементов литниковой системы

Питатель.

где n - количество питателей;

Используем трапециевидный питатель, тогда:

b = (0.7ч0.8)a, h = (0,7ч1,3)а

где :b, a - соответственно верхнее и нижнее основания, мм;

h - высота питателя, мм. примем равной 50 мм

Зная площадь трапеции, можно найти ее размеры.

a+b = 120 мм

b = (0,7ч0,8) 70= 50мм

h = (0.7ч1.3) = 50мм

Стояк.

щ_ст= 35 см².

Для обеспечения замкнутости литниковой системы и удобства формовки используем конический, расширяющийся вверх круглый стояк. Конусность стояка зависит от его высоты.

h_cm= 100 мм, => конусность стояка 2 мм,

Из формулы для нахождения площади круга S = рR² находим

Сечение шлакоуловителя.

В нашей литниковой системе предусмотрен шлакоуловитель, с площадью поперечного сечения щ_шл = 4,51 см².

Поперечное сечение шлакоуловителя представляет собой трапецию.

Зная площадь трапеции, можно найти ее размеры.

где :b, a - соответственно верхнее и нижнее основания, мм;

h - высота шлакоуловителя, мм. примем равной 20 мм

a+b = 45 мм

b = (0,7ч0,8) 25 = 20 мм

h = (0.7ч1.3) 25 = 20 мм

Литниковая воронка.

Форма внутренней поверхности воронки должна охватывать контур падающей струи. Диаметр воронки равен

Размещено на Allbest.ru

...