Отливка чугунной детали

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА МОДЕЛИ И ОТЛИВКИ

Наибольшее количество литья - около 70% от массы всех отливок - производят из серого чугуна (включая модифицированный и высокопрочный), далее идет стальное литье (около 20%), литье из ковкого чугуна (около 8%), медных, алюминиевых, магниевых, титановых сплавов.

Для изготовления литейной формы необходима модель. Если в литой детали должны быть сквозные отверстия, углубления или полости, то для их получения изготавливают специальные стержни, которые формуют в стержневых ящиках. Для данной детали изготовление стержня не требуется.

1.1 Рабочий чертеж детали

Рабочий чертеж детали является исходным при разработке чертежей отливки и модели. Чертеж детали выполняется в масштабе с простановкой всех необходимых размеров и знаков механической обработки и с указанием величины припуска и шероховатости поверхности. В соответствии с ГОСТ 2789-73 и ГОСТ 2.309-73 на чертеже шероховатость поверхностей указывается знаком ,обозначающим поверхность, образованную без удаления слоя материала: литьем, ковкой, волочением и др. При разработке чертежей моделей и отливок, как правило, используются копии рабочих чертежей деталей (рис.1)

Разъем модели и литейной формы. Разъем модели и формы показывают отрезком или ломаной штрихпунктирной линией, заканчивающейся знаком . Над линией разъема проставляется обозначение МФ (если модель разъемная) или Ф (если модель неразъемная).

Положение отливки в форме при заливке. Положение отливки в форме обозначается буквами В (верхняя полуформа) и Н (нижняя полуформа), которые проставляются у стрелок, указывающих направление разъема.

Плоскость разъема формы, модели. При выборе плоскости разъема формы (модели) необходимо руководствоваться следующими правилами: рекомендуется только один разъем (форма или модель состоят из двух частей); преимущество имеют плоские разъемы. Выбранная плоскость разъема должна обеспечить удобную формовку, минимальное количество стержней, удобную сборку формы и содействовать направленной кристаллизации отливки; наиболее ответственные части отливки, подвергающиеся механической обработке, желательно располагать в нижней или боковой части с целью уменьшения опасности появления дефектов по песчаным, шлаковым, усадочным и газовым раковинам на обрабатываемых поверхностях отливок; по этим же причинам наиболее нагруженные участки детали желательно располагать в нижней или боковой части отливки; симметричные детали часто имеют плоскость разъема по одной из осей симметрии.

Рис. 1 Рабочий чертеж детали

1.2 Припуски на механическую обработку

Отливки, как правило, являются заготовками, которые подвергаются дальнейшей механической обработке с целью достижения требуемой точности размеров и необходимого качества (шероховатости) поверхности. С этой целью на соответствующих поверхностях отливки, имеющих знак механической обработки и требуемой шероховатости, предусматриваются припуски на механическую обработку. Величина припусков на обработку для чугунных отливок колеблется от 2 до 20 мм, стальных - от 4 до 28 мм и регламентируется в зависимости от материала, который используется для получения детали, ее габаритных размеров, класса точности получаемых отливок и положения обрабатываемой поверхности в форме при заливке металлом. Для отливок из серого чугуна и стали, в соответствии с ГОСТ 3.1125-88, припуски на механическую обработку приведены в табл.1 Припуск для обрабатываемых плоскостей, расположенных горизонтально или наклонно в верхней части отливки (литейной формы), выше, чем для плоскостей, расположенных в нижних и боковых частях отливок. Это объясняется большей вероятностью появления литейных дефектов в верхних частях отливок, т.к. неметаллические включения, как менее плотные по сравнению с металлом, всплывают вверх. При повышенном припуске неметаллические включения могут удалиться в процессе механической обработки. Для горизонтально расположенных цилиндрических поверхностей припуск на обработку в верхней и нижней частях поверхности назначается одинаковым - по верху. Это позволяет получить в отливке цилиндрическую поверхность.

Таблица 1

Припуски на механическую обработку отливок из серого чугуна II класса точности

Наибольший габаритный размер детали, мм	Положение обрабатываемой поверхности в форме при заливке	Припуск, мм
		Номинальный размер, мм
		до 120	от 120, до 260	от 260 до 500	от 500 до 800
до 120	верх	4,0
	низ, бок	3,0
от 120 до 260	верх	4,5	5,0
	низ, бок	3,5	4,0
от 260 до 500	верх	5,0	6,0	6,5
	низ, бок	4,0	4,0	5,0
от 500 до 800	верх	6,0	6,5	7,0	7,5
	низ, бок	4,5	4,5	5,0	5,5

Для детали, в соответствии с таблицей, назначается припуски в размере 3 мм как для верхней и нижней поверхностях, так и для боковой поверхности.(рис.2)

Рис. 2 Чертеж детали с назначенными припусками

Класс точности отливок определяется, в основном, способом их изготовления: при массовом и крупносерийном производстве достигается более высокая точность, по сравнению с единичным и мелкосерийным производством. Припуски на механическую обработку при массовом и крупносерийном производстве назначаются меньше.

1.3 Чертеж отливки

После установления припуска на механическую обработку представляется возможным выполнить чертеж будущей отливки. Чертеж отливки изображается в масштабе с указанием всех размеров, учитывающих назначенные припуски.



Рис.3 Чертеж отливки

Все наружные и внутренние углы в отливке должны иметь радиусы скруглений - галтели. Для мелких отливок радиус скругления составляет 1...5 мм. Величина галтелей определяется в зависимости от толщины стенок отливок.(рис.3)

R=k(a+b), (1)

где k=0,1...0,17 - коэффициент пропорциональности; a и b - толщины сопряженных стенок отливки после нанесения всех изменений в чертеж детали.

Для данной детали радиусы скруглений(галтели) равны 2 мм.

Исключения составляют два случая: не предусматриваются закругления по кромкам отливок примыкающих к плоскости разъема и к стержневым знакам. При наличии галтелей литейная форма в таких скругленных углах после извлечения модели не осыпается, а отливка не приобретает склонности к появлению трещин, т.к. устраняются концентраторы напряжений.

Обязательными элементами конструкции отливок, являются формовочные или литейные уклоны. Уклоны обеспечивают беспрепятственное извлечение модели из уплотненной песчаной формы (или отливки из металлической формы). Уклоны назначаются на всех, образуемых моделью, поверхностях отливки, перпендикулярных плоскости разъема формы. Определение формовочных уклонов выполняют только после выбора плоскости разъема. Величина уклонов зависит от размеров и места расположения поверхности. Металлические модели имеют уклоны от 130 до 030 и внутренние от 3 до 045, деревянные модели - соответственно уклоны 3…045 и 3…1. При машинной формовке, а также с увеличением размера поверхности уклоны уменьшаются. Так как данная модель выполнена из дерева, назначаются литейные уклоны равные 245.

1.4 Чертеж модели

Модель является основной технологической оснасткой для изготовления отливок в разовых формах. Модель может быть целиковой или разъемной, состоящей из двух и более частей. Разъемные применяются там, где по условиям формовки невозможно использовать цельные модели. В плоскости разъема верхняя часть модели имеет шипы, а нижняя - соответствующие гнезда, для предотвращения сдвига одной части модели относительно другой при формовке. Обычно модели изготовляются разъемными - по плоскости разъема литейной формы. Использование разъемных моделей облегчает процесс формовки. Линия разъема модели на чертеже указывается основной сплошной линией. При проектировании модели учитывают: принятую технологию формовки, усадку сплава, конструкцию и размеры стержней. Так как все металлы при охлаждении уменьшают свои размеры, модели делают больше отливки на величину усадки. Для различных литейных металлов и сплавов величина усадки составляет от 1 до 2,5% (табл. 2). При изготовлении моделей пользуются специальными так называемыми усадочными метрами, которые больше нормальных на величину усадки.

Таблица 2

Температура плавления и усадка литейных сплавов

Сплав	Температура плавления, С	Линейная усадка, %
Чугун серый	1150…1200	0,8…1,2
Чугун белый	1180…1340	1,4…1,6
Сталь	1400…1525	1,6…2,2

Все размеры на модели (рис.4) должны быть больше соответствующих размеров отливки на величину линейной усадки сплава. Величина усадки зависит от типа сплава и конструкции отливки.

Рис.4 Чертеж модели

Каждая часть модели для ручной формовки должна иметь на плоскости разъема специальное гнездо, куда завинчивают подъемник для извлечения ее из формы.

Деревянные модели выдерживают лишь несколько десятков формовок. Для предохранения от влаги создания гладкой поверхности снаружи, чтобы не прилипла формовочная земля, деревянные модели окрашивают модельным лаком.

2.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ

2.1 Литейная форма

Литейная форма представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом, формируется отливка. В процессе проектирования решается ряд вопросов: установление количества отливок в форме, определение размеров формы, выбор опок, расчет литниково-питающей системы оливок, выбор формовочной и стержневой смеси, оборудования для изготовления литейной формы. Основные элементы литейной формы показаны на рис.5

Литейная опока - это приспособление для удержания формовочной смеси при изготовлении литейной формы, транспортировании ее и заливке жидким металлом. Внутренние размеры опоки в свету складываются из размеров моделей отливок, литниковой системы и расстояния между моделями и стенками опоки. Высота опок определяется высотой полумоделей и допускаемым расстоянием от них до верхней и нижней плоскостей формы. В одной опоке можно получить одновременно несколько отливок, в зависимости от их массы и размеров. Длина, ширина и высота опок зависят также от толщины стенок песчано-глинистой формы между границами опок и моделью или элементами литниковой системы. Основные размеры толщины стенок песчано-глинистой формы в зависимости от веса отливки приведены в табл.3



Рис. 5 Сечение литейной формы

1-плита; 2-нижняя полуформа; 3-полость формы; 4-скоба; 5-верхняя полуформа; 6_выпор; 7- вентиляционный канал формы; 8- питатель; 9- чаша; 10- стояк; 11- шлакоуловитель.

Полученные размеры опок округляют до ближайших размеров в большую сторону. Длина опоки может иметь размеры: 350, 400, 450, 500, (550), 600, (650), 700, (750), 800, 900, 1000 мм; ширина: 250, 300, 350, 400, 450, 500, (550), 600, (650), 700, (750), 800 мм; высота: 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300 мм. Размеры опок, указанные в скобках, по возможности не применять. Ширина опоки не может быть больше длины, а высота - больше половины длины.

Литниковая система - это система каналов и элементов литейной формы для подвода расплавленного металла в полость формы, обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании.

Таблица 3

Минимальные толщины стенок песчаной формы

Масса отливки, кг	Между верхом (низом) модели и верхом (низом) опоки, мм	Между моделью или стояком и стенками опоки, мм	Между моделями и шлакоуловителем, мм
До 5 5 - 10 10 - 25 25 - 50	40 50 60 70	30 40 40 50	30 30 30 40

 Основными элементами литниковой системы являются: литниковая чаша, стояк, шлакоуловитель, питатель, выпор и прибыль.

Литниковая чаша - служит для приемки расплавленного металла и подачи его в форму.

Стояк - выполняется в виде вертикального канала для подачи расплавленного металла из литниковой чаши к другим элементам системы.

Шлакоуловитель - служит для задержания шлака и подачи расплавленного металла из стояка к питателям.

Питатель - предназначен для подвода расплавленного металла в полость литейной формы.

Выпор - служит для вывода газов из формы и контроля заполнения формы расплавленным металлом, располагается обычно на самой верхней части отливки.

Прибыль - служит для питания отливок в период затвердевания с целью предупреждения образования усадочных раковин.

Также в данной форме используются крепления "паз-гребень"(когда на одной части формы наличествуют углубления (пазы),а на другой выступы (шипы, гребни) (12) для фиксации двух частей модели, что защищает её от сдвигов при наполнении формы песком. (Толщена=3 мм,Высота=7 мм).

Для извлечения формы после засыпки смеси используется гнездо с резьбой для конца винта (13).

Расчет начинают с определения поперечного сечения питателя, т.к. оно является минимальным по сравнению с другими элементами литниковой системы. Сечение шлакоуловителя и стояка определяется в зависимости от сечения питателя. Размеры всех элементов литниковой системы зависят от литейных свойств сплава, из которого будет изготовлена отливка, и ее массы. Для крупных отливок, с целью равномерного заполнения всего объема формы и предотвращения брака, заливка жидкого металла может осуществляться по двум и более литниковым системам. В данной работе предусмотрены отливки лишь из чугуна, поэтому для него и приведена методика расчета литниковой системы.

2.2 Расчет литниковой системы для отливок из серого чугуна методом Озанна-Дитерта

деталь чугунный форма отливка

Суммарная площадь сечения питателей F_пит определяется по формуле

(2)

где X - коэффициент, зависящий от толщины стенки отливки; Q - масса отливки, кг.

Если средняя толщина стенки отливки () находится в интервале 2,5...3,5, то X следует принять равным 5,8; для =3,5...8 - X=4,9; для =8...15 - X=4,3; для =15...40 - X=3,6.Тольщина стенки отливки для данной детали равно 4 мм, следовательно, Х=4,9.

Средней металлостатический напор H_p вычисляется в зависимости от положения отливки в форме

,	(3)
где H0 - напор металла над питателем (высота стояка), см; P - высота верхней части отливки над питателем, см; C - высота отливки в форме, см.

При питателе, расположенном сбоку (рис.6)



где H_ст - высота стояка.

Рис.6 Схема подвода металла в среднюю часть отливки

Рассчитаем металлостатический напор для данной детали

Рассчитаем площадь сечения питателя

2.3 Расчет литниковой системы для отливок из серого чугуна по удельной скорости заливки

Суммарная площадь сечения питателей F_пит определяется по формуле

	(6)

где t - продолжительность заливки, сек; K - удельная скорость заливки, кг/(см²сек).

Продолжительность заливки вычисляется по формуле

	(7)

где S - поправочный коэффициент.

Значение поправочного коэффициента S зависит от средней толщины стенки отливки . Если не превышает 10 мм, то S следует принять равным 1; для =11...20 - S=1,3; для =21...40 - S=1,5; для 40 - S =1,7.

для данной детали равно 4 ,следовательно, S следует принять равным 1

Рассчитаем продолжительность заливки

Удельная скорость заливки K находится в линейной зависимости от относительной плотности отливки Q/V, определяемой отношением масса отливки Q к габаритному объему V. Под габаритным объемом понимается произведение длины, ширины и высоты отливки в дм³. При изменении относительной плотности отливки до 7,0 кг/дм³ удельная скорость заливки может быть определена по выражению

	(8)

Число питателей, их максимальная длина и расчетное сечение должно соответствовать указанным в табл. 4

Таблица 4

Количество питателей и их максимальная длина

Масса отливки, кгс	Размеры питателей	Толщина стенок отливки, мм
		5...8	8...10	10...15	15...20
	сечение, см2	длина, мм	Число питателей
5...10	0,65...0,86	25...30	3	2...3	2...3	2...3
30...40	0,85...1,0	30...35	5	4	3	3
60...100	1,0...1,5	30...35	5...6	5	4...5	4
150...200	1,0...1,5	45...50	8...9	8	7...8	6

Площади поперечных сечений шлакоуловителя и стояка определяются по соотношению к суммарному сечению питателя и рекомендуются придерживаться следующих соотношений:

для мелких стальных отливок и отливок из серого чугуна

	(9)

для крупных и средних отливок из серого чугуна



где F_шл - сечение шлакоуловителя; F_ст - сечение стояка.

(Fшл=0.759 Fcт=1.518)

Размеры сечений питателя, шлакоуловителя, стояка могут быть

Рис. 7 Размеры сечения элементов литниковой системы

а - питатель, б - шлакоуловитель, в - стояк

определены из следующих соотношений:

а)сечение питателей - трапецеидальные h=2...12, мм; a=(2...10)h, мм;

h=12 мм a=24 мм

б)сечения шлакоуловителей - трапецеидальные h=(1...1,5)a, мм;

h=24*1.5=36 мм

в)диаметр стояка в нижнем сечении подсчитывается по формуле:

	(11)

где d_н - диаметр стояка в нижнем сечении, см;

Выпоры служат для вывода газов из полости формы, сигнализируют о конце заливки, уменьшают динамическое давление металла на форму и служат иногда для передачи металла при заливке. Выпоры устанавливаются на самых верхних частях отливки. Необходимо избегать установки выпора на массивных частях отливки. Сторона сечения выпора в основании обычно равна 0,5…0,8 толщины стенки отливки.

2.4 Литейные свойства серого чугуна (СЧ10)

Литейные свойства, когда мы рассматриваем металлы и сплавы - эта такая совокупная характеристика, которая определяет способность расплава образовывать отливку с заданными технологическими свойствами, с минимальными экономическими и временными затратами, а также с минимально возможным количеством литейных дефектов в конечном изделии.

Чугун отличается от стали, кроме прочего, именно своими более хорошими литейными свойствами, поэтому чугун является самым распространённым материалом для изготовления отливок.Характеристики сплава:

Химический состав:

Углерод- 3.5-3.7 %

Кремний- 2.2-2.6%

Марганец- 0.5-0.8%

Фосфор- не более 0.3%

Сера- не более 0.15%

Физические свойства:

Плотность- 6.8 * 10^3 кг/м^3

Литейная усадка- 1 %

Модуль упругости при растяжении- От 700 до 1100 E*10^-2 МПа

Удельная теплоемкость при температуре от 20 до 2000 С- 460 Дж(кг*К)

Коэффициент литейного расширения при температуре от 20 до 2000С- 8*10^-6 1/С

Теплопроводность при 20С- 60 Вт(м*К)

Механические свойства:

Предел текучести- 140 МПа

Временное сопротивление при растяжении(Предел прочности)

ув=100 МПа(кгс/мм^2)

Твердость=205 НВ

Список используемой литературы

1.Методические указания МИИТ "Разработка чертежа модели и отливки. Проектирование литейной формы"

2.Государственный стандарт Союза ССР Чугун с пластическим графитом для отливок Марки ГОСТ 1412-85

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

4.Лекции по дисциплине "Материаловедение" Преподаватель-Максимов Д.Г.

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

Размещено на Allbest.ru

...