Получение заготовки для детали "Втулка" методом центробежного литья

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Описание конструкции и назначения детали

Деталь «Втулка» представляет собой тело вращения состоящая из посадочного отверстия Ш 54H6, торцевых и цилиндрических поверхностей к которым предъявляются требования по биению, цилиндричности, сносности относительно поверхности А. Деталь работает в условиях агрессивных сред, поэтому завершающим этапом технологического процесса будет нанесение покрытия химическим оксидированием. Твердость материала детали составляет 59…64 HRC.

Служит как промежуточный элемент для базирования в корпусных деталях подшипниковых опор. Применение втулок в подшипниках скольжения сокращает расход дорогостоящего и обычно дефицитного антифрикционного материала (оловянистые бронзы и баббиты), а также упрощает ремонт, сводя его к замене изношенной втулки новой.

Наиболее точными поверхностями детали являются: внутреннее цилиндрическое отверстие Ш54H6 с шероховатостью Ra=0,63 мкм, Ш50H11(+0,16), наружная цилиндрическая поверхность Ш102h9 с шероховатостью Ra=1,25 мкм. Остальные поверхности выполнены по 14-му квалитету с шероховатостью Ra=10 мкм.

втулка деталь латунь литье заготовка

2. Описание материала детали. Химический состав, физико-механические и технологические свойства

В качестве материала для изготовления детали втулка используется латунь ЛС59-1



Рисунок 1 - латунь

Автоматная многокомпонентная латунь ЛС59-1 имеет химический состав по ГОСТ 15527. ЛС59-1 на 57-60 % состоит из меди, 37,05-42,2 % цинка, 0,8-1,9 свинца и до 0,75 % примесей. Наряду со сплавом Л63 -- ЛС59-1 обрёл наиболее широкое применение среди латуней обрабатываемых давлением. Согласно классификации, наш многокомпонентный сплав -- обрабатываемый давлением, но на практике он применяется чаще в качестве автоматного сплава. Оба указанных материала обладают одинаковой тепло и электропроводностью, но легирование сплава ЛС59-1 свинцом позволяет применять его в качестве автоматного, и более эффективно обрабатывать резанием, с получением мелкой стружки.

Механические свойства сплава ЛС59-1

Таблица 1 - механические свойства сплава

Фазовое состояние сплава имеет малое количество вещества в b-фазе, а свинец составляет в нём отдельную фазу, поэтому он хорошо обрабатывается давлением и резанием. Тем не менее, по пластичность ЛС59-1 значительно уступает двусоставным сплавам и рекомендуется для обработки резанием. Из него выпускают:

· прутки из латуни ,

· круги латунные,

· ленты, полосы и листы из латуни,

· профили,

· латунные плиты,

· проволоку латунную,

· трубы из латуни.

Данный сплав обладает антифрикционными свойствами и может применяться при изготовлении мелких деталей, рассчитанных для работы при высоком трении, например, подшипников скольжения. Так как он обладает более высокой твёрдостью, чем простые сплавы, и стоек к истиранию, листовые заготовки из него возможно применять для изготовления направляющих элементов различных станков.

Таблица 2 - литейно-технологические свойства материала ЛС59-1

Беда всех многокомпонентных латуней заключается в излишней хрупкости, которая проявляется в особых условиях в виду многофазовой структуры материала. В рассматриваемом нами материале свинец образует отдельную фазу, что положительно сказывается на обрабатываемости деталей из него на станках, но так же делает материал более хрупким. Детали из ЛС59-1 с надрезами имеют склонность к надлому при высоком давлении, поэтому не могут быть использованы в качестве несущих элементов. А при высокой ударной нагрузке на заготовки из Л63, материал может покрыться трещинами, в виду его низкой ударной вязкости, поэтому он не подходит для ковки.

Таблица 3 - физические свойства материала ЛС59-1

Коррозионная стойкость материала ЛС59-1

После обработки заготовок из латуни ЛС59-1, материал не испытывает сильного напряжения, свинец образует отдельную фазу, по этой причине, он более устойчив к сезонным растрескиваниям, проявляющимся при повышении влажности и температуры окружающей среды, в чём превосходит Л68 и Л63.

В целом же наш многокомпонентный сплав устойчив к коррозии, при тех же условиях, как и большинство латуней. Его не следует применять в контакте с Fe, Al, Zn. Также он плохо проявляет себя:

· в насыщенном влажными парами воздухе, при высоком давлении,

· при контакте с жирными кислотами,

· в сероводороде,

· рудничных водах,

· минеральных кислотах,

· а также в окисленных растворах,

· и с хлоридами.

Устойчивость же к коррозии проявляется:

· в воздушной среде и при морском климате,

· в сухих парах,

· пресных водах,

· фреонах, спиртах, антифризах,

· солёной морской воде в малоподвижном состоянии.

А наличие в парах или воде избытка кислорода, аммиака или углекислоты негативно сказываются на коррозионной стойкости этого материала

3. Описание типа производства и формы организации работ

Под типом производства понимают комплексную характеристику особенностей организаций и технологического уровня промышленного производства. На тип организации производства оказывают влияние следующий факторы: уровень специализации, масштаб производства, сложность и устойчивость изготовляемой номенклатуры изделий, обусловленной размерами и повторяемостью выпуска.

Моя работа основана на гибком среднесерийном автоматизированном производстве.

Гибкие производственные системы (ГПС) - это совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ (числовое программное управление), роботизированных комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течении заданного времени, обладающая свойствами автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатурой.

ГПС представляет собой систему, допускающую иерархическую организацию, с комплексно автоматизированным производственным процессом, работа всех компонент которой (технологического оборудования, транспортных и складских средств, погрузочно-разгрузочных устройств, мест комплектации, средств измерения и контроля и т.п.) координируется как единое целое системой управления, обеспечивающей быстрое изменение программ функционирования элементов при смене объектов производства.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой выпускаемой продукции, при этом изделия каждого наименования выпускаются определенными партиями, повторяющимися через определенные отрезки времени.

В серийном производстве в зависимости от количества изделий в серии, их характера и трудоемкости, частоты повторяемости серии в течении года различают производство мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное.

Среднесерийное производство характеризуется тем, что за каждым рабочим местом закреплено от 11 до 20 операций [ГОСТ 3,1108-74]. Характерно широкое использование станков с ЧПУ, связанных транспортными устройствами и управляемые то ЭВМ. Среднесерийное производство является наиболее распространенным типом производства.

На машиностроительных предприятиях среднесерийного типа производства изготовляется достаточно большая номенклатура изделий, хотя и более ограниченная, чем в единичном производстве. Другим признаком среднесерийного производства является повторяемость выпуска изделий. Относительно большие размеры программ выпуска однотипных изделий, стабильность конструкции, унификация деталей позволяют использовать для их изготовления наряду с универсальным специальное высокопроизводительное оборудование и специальную оснастку.

Так как в среднесерийном производстве применяется большое количество сложного оборудования и специальной оснастки, наладка оборудования осуществляется специальными рабочими - наладчиками. Особенности среднесерийного производства обуславливают целесообразность выпуска продукции по циклически повторяющемуся графику. При этом возникают необходимые условия для установления строгого порядка чередования изделий в цехах, на производственных участка и рабочих местах.

Автоматизированное производство - такой способ выполнения производственных процессов, при которых отдельные основные и вспомогательные операции и процессы их регулирования производятся машинами и механизмами автоматически.

Автоматизированное производство ставит теперь перед человеком новые задачи. Его трудовые функции в преобладающей степени смещаются в сторону творчества, управления и контроля.

Автоматизированное производство характерно выпуском большого количества однообразных деталей при одной и той же настройке станка и периодической наладке режущего инструмента, связанной с его износом. Затупление инструмента вызывает изменение размеров обрабатываемых деталей. При выходе размера из поля допуска на деталь необходимо осуществить или подналадку или смену инструмента.

Автоматизированное производство характерно выпуском большого количества однообразных деталей при одной и той же настройке станка и периодической наладке режущего инструмента, связанной с его износом. Затупление инструмента вызывает изменение размеров обрабатываемых деталей.

Автоматизированное производство предъявляет свои, более широкие и строгие требования к ТПП. Например, могут потребоваться: разработка автоматически сменяемых схватов для промышленных роботов; минимизация номенклатуры используемого инструмента, с тем чтобы вести обработку на минимальном числе станков с минимальным количеством передач заготовок между оборудованием; решение вопросов о количестве проходов при механической обработке для обеспечения заданного качества обработки, минимального технологического времени при эксплуатации инструмента без подналадки. ТПП в условиях ГПС должна заканчиваться разработкой программ управления автоматическим оборудованием.

Автоматизированное производство является высшей формой потока. Оно сочетает основные признаки поточного производства с его автоматизацией. Автоматизация исключает непосредственное участие человека в выполнении производственного процесса. В автоматизированном производстве работа машин и аппаратов происходит по заданной программе, а рабочий осуществляет контроль за работой оборудования, устраняет отклонения от заданного процесса, производит наладку автоматизированной машины.

Автоматизированное производство требует непрерывной и бесперебойной подачи деталей на линию. Поэтому своевременная подача в цех заготовок является обязательным условием нормальной работы автоматического производства, а это, в свою очередь, может быть обеспечено только при строжайшем соблюдении графиков подачи материалов в цех.

4. Определение и обоснование метода получения заготовки. Расчет коэффициента использования материала

При выборе метода получения заготовки решающими факторами являются: форма детали, масса, материал, объём выпуска деталей. Окончательное решение о выборе метода принимается на основе технико-экономических расчётов. При выборе метода получения заготовки решающими факторами являются: форма детали, масса, материал, объём выпуска деталей. Окончательное решение о выборе метода принимается на основе технико-экономических расчётов.

Заготовка для типа детали «Втулка» будет выполняться методом центробежного литья.

Принцип центробежного литья заключается в том, что заполнение формы расплавом и формирование отливки происходят при вращении формы вокруг горизонтальной, вертикальной или наклонной оси, либо при ее вращении по сложной траектории. Этим достигается дополнительное воздействие на расплав и затвердевающую отливку поля центробежных сил. Процесс реализуется на специальных центробежных машинах и столах. Центробежным литьем изготавливают отливки из чугуна, стали, сплавов титана, алюминия, магния и цинка (трубы, втулки, кольца, подшипники качения, бандажи железнодорожных и трамвайных вагонов).

Масса отливок - от нескольких килограммов до 45 тонн. Толщина стенок от нескольких миллиметров до 350 мм. Центробежным литьем можно получить тонкостенные отливки из сплавов с низкой текучестью, что невозможно сделать при других способах литья.

Рассчитаем коэффициент использования материала.

Kим = m детали/ m заготовки

Для того, чтобы рассчитать массу заготовки(детали), рассчитаем геометрические размеры заготовки, назначив припуски на все размеры, затем рассчитаем коэффициент использования металла.

m = V * P,

где V - это объем заготовки(детали), а P - плотность материала, из которого она изготовлена.

Объем будем считать, как

V=р( d²\ 4) h,

вычислив объемы, получаем объем заготовки:

V = V1 - V2 - V3 = (3,14*(0,102²/4)*0,110) - (3,14*(0,054²/4)*0,060 - (3,14*(0,068²/4)*0,025= 0,0008983854м³ - 0,0001373436м³ - 0,000090746м³ = 0,0006702958м³.

Из этого следует, что при известной нам плотности в 8400 кг/м³ и объеме, можем рассчитать массу детали «Втулка»:

m =0,0006702958м³ * 8400 кг/м³ = 5,63 кг

Аналогично посчитаем массу спроектированной заготовки, где ее объем равен:

V_з = V₁ - V₂

V_з = (3,14*(0,108²\4)*0,116) - (3,14*(0,050²\4) * 0,116) = 0,0010621238м³ - 0,00022765м³ = 0,0008344738м³

Отсюда получаем массу:

m = 0,0008344738м³* 8400 кг\м³ = 7,01

Исходя из полученных данных, посчитаем коэффициент использования материала:

Ким = 7,01кг \5,63 кг = 1,24

Коэффициент равен 1,24

5. Описание сущности выбранного метода получения заготовки

При центробежном литье во вращающуюся форму заливают расплавленный металл, который под действием центробежных сил прижимает ее к стенкам и, застывая, принимает желаемую форму. Отливки получаются плотными, так как посторонние включения, равно как и газы, будучи легче металла, оттесняются центробежной силой к внутренней поверхности формы, а основное тело отливки приобретает плотное здоровое строение.

При центробежном литье формы делают из чугуна и хромоникелевой стали. С внутренней стороны поверхности смазываю тих слоем огнеупорного материала.

При центробежном литье можно получить отливки любой формы, а не только тела вращения. При центрифугировании металл в форму подается через стояк в центре, а в полость форм, расположенных на горизонтальном столе, он попадает по литниковым каналам. Таким способом можно получить отливки и не имеющие оси симметрии. Любой конфигурации.

Центробежное литье применяется для получения отливок, которые по своей конструкции представляют тело вращения. Отливки этим методом литья отливаются из бронзы, алюминия и чугуна. Расплавленный металл заливается в специальную форму, которая вращается с частотой вращения 3000 оборотов в минуту. Под действием центробежных сил расплав равномерно распределяется по всей поверхности форму, а после кристаллизуется, образуя при этом качественную отливку. Стоит отметить, что при помощи центробежного литья можно получить и двухслойные отливки путем поочередной заливки металла. По сравнению с отливками в песчано-глинистые формы отливки, полученные центробежным литьем, имеют более плотную структуру благодаря силам инерции. Сегодня этот метод получения заготовок из расплавленного металла применяется для изготовления гильз, втулок, труб и других деталей, которые имеют форму тел вращения.

В отличие от других способов литья центробежное литье имеет целый ряд преимуществ:

- высокая износостойкость заготовок, полученных этим методом;

- высокая плотность металла в сравнении с заготовками, полученными литьем в землю;

- отсутствие раковин, которые ухудшают эксплуатационные качества деталей;

- во всей продукции, изготовленной центробежным литьем, отсутствует шлак и неметаллические включения.

Процесс центробежного литья может быть полностью механизирован или автоматизирован, что уменьшает потери от брака и сокращает потребность в высококвалифицированной рабочей силе.

Центробежное литье применяется для пустотелых заготовок, имеющих форму тел вращения, а именно для:

- венцов червячных колес;

- втулок;

- роторов электрических двигателей;

- барабанов производящих бумагу механизмов.

В настоящее время центробежное литье в основном применяется для производства качественных втулок из различных медных сплавов, а в частности из оловянных бронз. Однако для этого способа литья требуется специализированное оборудование, а также небольшой ряд недостатков:

- неточность размеров свободных поверхностей заготовок;

- предъявляются повышенные требования к точности и прочности литейных форм;

- повышенная склонность компонентов расплава к ликвации.

Однако все равно этот способ получения заготовок является высокопроизводительным и качественным.

Удлиненные детали (цилиндры, втулки) отливают на машине с горизонтальной осью, а зубчатые колеса, круги, кольца, гребни винты и арматуру - на центробежной машине с вертикальной осью.

Ось вращения формы может быть горизонтальной, вертикальной, наклонной или перемещающейся в пространстве в процессе получения отливки.

Металл, свободно заливаемый во вращающуюся вокруг горизонтальной оси форму, растекается по ней под действием кинетической энергии струи и вовлекается во вращательное движение за счёт сил трения металла о форму. Однако, такая скорость частиц металла при его вращении вокруг горизонтальной оси не может быть постоянной из-за пульсации результирующей силы в течение оборота формы, так как она складывается из постоянной по величине и направлению силы тяжести и постоянной по величине, но меняющейся по направлению центробежной силы. Это приводит к тому, что свободная поверхность металла, залитого в форму, смещается к низу от оси вращения.

Рисунок 2 - Гидростатические силы, действующие на металл при вращении формы относительно горизонтальной оси: 1-расплав; 2-форма; F_р - равнодействующая сил центробежной (F_ц) и тяжести (F_g).

6. Определение оборудования для реализации выбранного метода, его основные технические характеристики

Метод центробежного литья осуществляется как в плавильных печах, так и на различных видах центробежных плавильных машин.

Основные виды оборудования:

· однопозиционная машина;

· двухпозиционная машина;

· многопозиционные (карусельные машины).

Основные технические характеристики центробежного оборудования представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Технические характеристики

Машина для центробежного литья однороторная 4986А

Машина (рисунок 1) предназначена для производства мелющих шаров из чугуна и колец подшипников из стали с горизонтальной осью вращения кокиля. Основной принцип работы машины заключается в следующем:

· кокиль центробежной машины разогревают газовыми горелками;

· обе половинки кокиля окрашивают специальной теплоизоляционной краской, покрытие просушивают;

· половинки кокиля смыкаются;

· заливочный лоток вводится внутрь кокиля и производится заливка металла строго дозированной порцией;

· лоток выводится из кокиля, а кокиль продолжает вращение до полного затвердевания отливок;

· вращение центрифуги прекращается, отводится передний кокиль, извлекается куст отливок;

· обе половинки кокиля очищаются от засоров и окрашиваются.

Цикл повторяется.

Рисунок 3 - Машина для центробежного литья однороторная 4986А

Машина центробежная двухроторная модели 4986

Машина (рисунок 2) работает в полуавтоматическом режиме с ручной заливкой жидкого металла во вращающуюся металлическую форму (изложницу). Машина оборудована:

- пневматической системой выталкивания отливки (втулки) из изложницы в приемный лоток;

- трехступенчатой клиноременной передачей привода вращения изложницы;

- механизмом подвода и отвода приемного лотка;

- водяным охлаждением корпуса изложницы.

В конструкции изложницы предусмотрена возможность производства отливок с разным наружным диаметром путем использования съемных вкладышей, оформляющих наружную поверхность отливок.



Рисунок 4 - Машина центробежная двухроторная модели 4986.

Ее технические характеристики показаны на таблице 5.

Таблица 5 - Техническая характеристика машины

Далее рассмотрим машины центробежного литья с горизонтальной и вертикальной осью.

Литейные машины с вертикальной осью вращения применяются относительно коротких кольцевых оливок любой сложности. Обеспечиваются системами управляемой кристаллизации по заданной программе для получения сплавов с требуемыми характеристиками. Имеют упруго-демпферный подвес, позволяющий устойчиво работать с большой степенью неуравновешенности без значительного увеличения вибрационных характеристик. Коэффициент перегрузки регулируемый - 300 ед.

Рисунок 5 - Машины центробежного литья с вертикальной осью

Система управления, построенная на базе контроллеров и промышленного компьютера, позволяет работать по заданной программе, контролировать технологический процесс работы машины, контролировать охлаждение отливки.

Таблица 6 - Технические характеристики

Машины центробежные с горизонтальной осью вращения предназначены для отливки центробежным способом цилиндрических заготовок, труб из медных сплавов и чугунов. Конструкция машины предусматривает механизацию таких операций, как выталкивание отливки из изложницы, включение и выключение охлаждения.

Основной движущий орган машины состоит из станины, поворотной тарелки, электродвигателя с частотным приводом, подшипников, вала, толкателя. Движущий орган является главной частью машины центробежного литья, посредством которого производится вращение поворотной тарелки, во время вращения осуществляется заливка. Оснастка закрепляется на поворотной тарелке.

Бесступенчатая регулировка скорости вращения шпинделя позволяет изготавливать отливки различного диаметра в соответствии с технологией: шпиндель оснащен тормозным механизмом, сокращающим время остановки машины и повышая ее производительность.

Машины центробежного литья марки ЦЛ оснащены пневматическим толкателем, который состоит из пневмоклапанов, рычага выталкивания крышки, а также пневмоцилиндра выталкивания. После затвердевания отливки, цилиндр проводит в движение толкатель для того, чтобы отливка вышла из оснастки. Охлаждающая система включает в себя охладитель подшипников, шпинделя, оснастки.



Таблица 7 - Технические характеристики

Плавильные печи непрерывного действия бывают двух типов: газовые и масляные. Они позволяют плавить металлы и поддерживать необходимую температуру. Печь сделана из сплава алюминия, который обладает лучшей теплопередачей. Печь может быть интегрирована в работу с любой машиной литья под давлением, легко устанавливается и управляется.

Внутренняя часть печи сделана из кирпича, препятствующего возгоранию и удерживающего тепло

Печь обладает хорошей теплоизоляцией и препятствовать потерям тепла, а также обладает оптимальными возможностями плавления и поддержания температуры

Применяются импортные горелки и механизмы горения с автоматическим контролем температуры. Высокая скорость нагрева и полное сжигание (окисление) позволяют сохранить энергию и снизить издержки

Температурная разница будет колебаться в пределах 5 градусов после установки необходимой температуры для плавления алюминия

Подходит для изготовления отливок из алюминия высокого качества

Горячий воздух, образующийся во время плавления, выводится в верхней части печи

Температура у места наполнения занижена настолько, что позволяет сократить тепловое воздействие, наносимое ущерб автоматическому заливщику

Тигели не используются, и соответственно, не тратится время на их замену

Может применяться устройство дегазирования для поддержания 0.2-0.3cc содержание водорода в расплавляемом алюминии

Опционально можно использовать автоматический наполнитель (заливщик)

Если управление печью осуществляется по всем требованиям, и производится регулярная очистка, срок работы печи может превышать 4 года.

Таблица 8 - Технические характеристики плавильных печей

Также, для приготовления и плавки сплавов из цветных металлов применяются следующие литейные печи:

- тигельные и поворотные;

- индукционные;

- электрические печи сопротивления;

- дуговые.

Тепловая работа литейных печей должна быть экономичной й протекать при минимальных затратах на топливо, электро­энергию и огнеупоры.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы был осуществлён и обоснован выбор получения заготовки для детали «втулка», изготавливаемой из латуни ЛС59-1 .

Способом получения заготовки является центробежное литье на литейной машине с вертикальной осью вращения. На заготовку были назначены припуски, допуски на размеры и отклонения.

В результате выполнения работы был разработан чертёж и назначены технические требования на штампованную заготовку.

Размещено на Allbest.ru

...