Отливка чугунного стакана

Размещено на http://www.allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

Разработка нового изделия в машиностроении - сложная комплексная задача, связанная не только с достижением требуемого технического уровня этого изделия, но и с приданием его конструкций таких свойств, которые обеспечивают максимально возможное снижение затрат труда, материалов и энергии на его разработку, изготовление, эксплуатацию и ремонт. Решение этой задачи определяется творческим содружеством создателей новой техники - конструкторов и технологов - и их взаимодействием на этапах разработки конструкции с его изготовителями и потребителями.

В реализации требуемых свойств изделий машиностроения определяющая роль принадлежит методам и средствам производства этих изделий. Детали, узлы и другие компоненты машин чрезвычайно разнообразны, и для их изготовления необходимы материалы с самыми различными свойствами, а также технологические процессы, основанные на разных принципах действия.

Многолетняя практика показывает, что в современном машиностроительном производстве не существует универсальных методов обработки, в равной мере эффективных для изготовления различных деталей из разных материалов. Каждый метод обработки имеет свою конкретную область применения, причем эти области нередко пересекаются так, что одна и та же деталь может быть изготовлена различными методами. Поэтому выбор способа изготовления деталей с учетом конкретных производственных условий связан с необходимостью выбора оптимального метода из большого числа возможных, исходя из заданных технико-экономических ограничений как по параметрам изготавливаемой детали, так и по условиям эксплуатации оборудования и инструмента.

чертеж отливка литье деталь штамповка сварка



ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Исходным документом для проектирования является рабочий чертеж детали (см. рис.1). Деталь представляет собой стакан. Материал - СЧ 15 ГОСТ 1412-79. Термообработка - отжиг и нормализация с высоким отпуском. Способ изготовления отливки - литье в песчаную форму. Способ формовки - ручная формовка по разъемной модели в двух опоках. Учитывая, что сложность отливки средняя, производство мелкосерийное. Точность отливки 8-0-10-13т ГОСТ P53464-2009:

8 - класс размерной точности;

0 - степень коробления;

10 - степень точности поверхности;

13т - класс точности массы.

Таблица 1- Химический состав в % материала СЧ15.

С	Si	Mn	P	S
			Не более
3,5 - 3,7	2 - 2,4	0,5 - 0,8	0,2	0,15

Чугун - сравнительно дешевый конструкционный материал. Он получил широкое распространение практически во всех отраслях машиностроения благодаря ценным литейным и технологическим свойствам. Из серого чугуна изготовляют станины, ползуны прессов, корпуса редукторов, маховики, шестерни и т. д. Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья.



РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ЭЛЕМЕНТОВ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ

Эскиз готовой детали.

Рис. 1 - эскиз готовой детали

Тип размеров	Размеры детали	Класс точности размера	Допуск размера	Расположение поверхности отливки	Ряд припусков	Припуск на сторону	Размеры отливки с допуском
	Обозначения	Величина		табличный	скорректированный		установленный	скорректированный
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Линейные	L l	50 37	8 8	1,2 1,1	±0,6 ±0,55	Верхнее верхнее	5 5		2,1 2,0	52,1±0,6 39±0,55
Диаметральные	D1 D2 d1 d2	110 75 62 55	7 7 7 7	1,2 1,1 1,0 1,0	-1,2 -1,1 ±0,5 ±0,5	- - боковое боковое	5 5 5 5	- -	2,1 2,1 1,9 1,9	112-1,2 77,1-1,1 60,1±0,5 53,1±0,5

Стержень. ГОСТ 3606-80.

Для стержня длиной от 50 до 180 мм.и диаметром от 30 до 250 мм.

h_ст = 35 мм.

h₁= 0,5·35 = 17,5 мм.

D_ст= 64 мм.

Диаметр нижнего знака D = (1,5…2) · D_ст= 1,5·64 = 96 мм.

Из ГОСТ 3606-80 б = 7°в = 15°

Рис. 3 - чертеж стержня

Формовочные уклоны и радиусы закруглений.

Для свободного удаления модели из формы все ее вертикальные стенки должны иметь формовочные уклоны в сторону разъема.

	Высота h	До20	20-50	50-100	100-200
Уклон в	металл	1°30'	1°00'	0°45'	0°30'
	дерево	3°00'	1°30'	1°00'	0°45'

Для модели из дерева, где h₁ =13,1 и h₂ = 39, углы в₁ = 3°00' и в₂ = 1°30'



R = 0,2·() = 1,5

Рис. 4 - формовочные уклоны и радиус закругления

Разделительная диафрагма.

Разделительные диафрагмы служат для облегчения отделения прибыли отливки. Диафрагмы представляют собой тонкие керамические пластинки.

Рис. 5 - диафрагма



D = 110 мм

D_дф= D + 20 мм= 130мм

S₀ = 24 мм

D_дф= D - S₀ = 130 - 24 = 106 мм

t_дф=5 мм.

Устройство литниковой системы.

Литьё в песчаные формы -- дешёвый, самый грубый (в плане размерной точности и шероховатости поверхности отливок), но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья. Вначале изготовляется литейная модель (ранее -- деревянная, в настоящее время часто используются металлические или пластиковые модели, полученные методами быстрогопрототипироания), копирующая будущую деталь. Модель, закрепленная на подмодельной плите, засыпается песком или формовочной смесью (обычно песок и связующее), заполняющей пространство между ней и двумя открытыми ящиками (опоками). Отверстия и полости в детали образуются с помощью размещённых в форме литейных песчаных стержней, копирующих форму будущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или же затвердевает в термическом шкафу (сушильной печи). Образовавшиеся полости заливаются расплавом металла через специальные отверстия -- литники. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После чего отделяют литниковую систему (обычно это обрубка), удаляют облой и проводят термообработку.

Для получения отливки данным методом могут применяться различные формовочные материалы, например песчано-глинистая смесь или песок в смеси со смолой и т. д. Для формирования формы используют опоку (металлический короб без дна и крышки). Опока имеет две полуформы, то есть состоит из двух коробов. Плоскость соприкосновения двух полуформ -- поверхность разъёма. В полуформу засыпают формовочную смесь и утрамбовывают её. На поверхности разъёма делают отпечаток промодели (промодель соответствует форме отливки). Также выполняют вторую полуформу. Соединяют две полуформы по поверхности разъёма и производят заливку металла.

Расчет и конструирование прибыли.

· Размер опок

m = 60мм z = 40мм q = H_пр= 50мм y = 30мм ln = 30мм

· Прибыль

Для питания отливки расплавом на самые массивные ее части ставят прибыли. Прибыли оп конструкции бывают открытыми и закрытыми. Прибыль должна удовлетворять следующим требованиям: объем ее должен быть достаточным для питания теплового узла, а высота - достаточной для размещения в ней усадочной раковины.

Рис.6 - расположение заготовки в форме

S₀ = 24 ммd_o= 64 ммL₀ = 52

a) d_o/S₀>2 d_o/S₀ = 2,7 прибыль открытая

L₀/S₀? 4

b) H_пр = 0,6 L₀+ 0,35S₀H_пр= 31,2 + 12 = 39,6мм

c) б_пр = 360°/ n, где n - число прибылей б_пр =120°

d) вычисление номинальной массы отливки

G₀ = 7000·0,000136 = 0,952 кг

· Расчет и конструирование элементов литниковой системы

Суммарная площадь поперечного сечения питателя:

, где х - коэффициент, учитывающий среднюю толщину стенок отливки.х = 4,9

H_р- расчетный статический напор

р = 0

H_р=50 - 0 = 50 мм = 5 см

F_n = 2,1 см²

Рассмотрим сечение Б - Б питателя:

a = 0,66F_п= 1,39см

b = 0,8а = 0,31см

с = 0,3а = 0,42 см



Рассмотрим сечение А - А:

d_ст- диаметр основания стояка

d_ст= 0,65а = 0,9 см

Рис.7 - вид литниковой системы



Схема изготовления детали из отливки

Все операции выполняются на токарном станке.

1) Проходной упорный резецВК2

2) Проходной упорный резец ВК2



3) Расточной упорный резец ВК2

4) Расточной упорный резец ВК2

5) Проходной упорный резец ВК2



6) Канавный резецВК2

7) Проходной отогнутый резец ВК2



8) Сверло по металлу

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОКОВКИ

Чертеж детали:



Материал - Сталь 30 (ГОСТ 1050-88)

Группа поковки - 2

Открытая штамповка

Класс точности - Т4

Группа стали - М1

Расчётная масса поковки:

Масса детали = 1,07кг

Степень сложности С3

G_р.п. = 1,07·1,5 = 1,61 кг

Исходный индекс 10



Размеры детали	Припуск на сторону	Размер с припуском	Для размеров в плоскости разъемов штампов	Допуск размера, поле допуска	Размер с допусками
Обозначения	Величина	Основной	Смещение по плоскости разъема штампа	Отклонение от плоскости	суммарный		Длина горизонтальных отрезков, образованных штамповочными уклонами	размер
2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
L l	50 30	1,1 1,0	- -	0,4 0,4	1,5 1,4	51,5 31,4	- -	- -	+0,9 -0,5 +0,8 -0,4
D1 D1п D2 d2 d2п	187,32 187,32 63 36 36	1,3 1,3 - 1,0 1,0	0,2 0,2 - 0,2 0,2	- - - - -	1,5 1,5 - 1,2 1,2	190,32 190,32 63 33,6 33,6			+1,3 -0,7 +-1,4 +0,8 -0,4

Радиусы закруглений.

Наружные (R) при h меньше 10 = 1,6

при h10-25 = 2,0

при h 25-50 = 2,5

Внутренние r = 3R

R1= 2°

R2= 2.5°

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ

Горячая объёмная штамповка (ГОШ) -- это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из нагретой до ковочной температуры заготовки осуществляют с помощью специального инструмента -- штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки. В качестве заготовок для горячей штамповки применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки, хотя иногда штампуют из прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине.

Применение объемной штамповки оправдано при серийном и массовом производстве. При использовании этого способа значительно повышается производительность труда, снижаются отходы металла, обеспечиваются высокие точность формы изделия и качество поверхности. Штамповкой можно получать очень сложные по форме изделия, которые невозможно получить приемами свободной ковки.

Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла -облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высокие требования к точности заготовок по массе. Недостаток такого способа штамповки - необходимость удаления облоя при последующей механической обработке. Штамповкой в открытых штампах можно получить поковки всех типов.

Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа постоянный и небольшой, образование в нем облоя не предусмотрено. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют. Например, нижняя половина штампа может иметь полость, а верхняя - выступ (на прессах), или верхняя - полость, а нижняя - выступ (на молотах). Закрытый штамп может иметь две взаимно перпендикулярные плоскости разъема. При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше требуемого. Отрезка заготовок должна обеспечивать высокую точность.

Температурный интервал.

Температурный интервал выбирают по таблицам справочников. Для стали 30 температура начала ковки 1280°С, конца ковки не выше 830°С и не ниже 720°С. Рекомендуемый интервал ковки 1250-750°С.

ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОКОВКИ

Исходная заготовка

Осадка



Штамповка

Обрезка облоя

Пробивка перемычки



Плоскостная калибровка

СВАРКА

Автоматическая сварка в среде углекислого газа.

Углекислый газ препятствует возникновению атмосферы на процесс сварки. Высокая температура дуги частично разлагает углекислый газ на окись углерода и кислород. В результате образуется смесь из трех газов в зоне дуги кислорода углекислого газа и окиси углерода. Кислород вступает в реакцию окисления с металлом. Температура электрической дуги значительно выше, чем температура сварочной ванны, поэтому выгорание металла происходит, в первую очередь, в сварочной проволоке. Для снижения негативных последствий выгорания, сварочная проволока изготавливается с добавлением легирующих добавок. Повышенное содержание марганца, титана и кремния уменьшает количество окиси углерода и препятствует образованию пор в сварочном шве. Степень окисления увеличивается при возрастании расхода потребляемого напряжения. Уменьшение интенсивности окисления происходит при увеличении плотности тока. Прямая полярность тока при сварке углекислым газом приводит к большему окислению, чем обратная.

Перед сваркой поверхность кромок очищают от ржавчины, загрязнений, окалины и шлака.Потолочные и вертикальные швы выполняют проволоками малого диаметра и на небольших токах. Схема автоматической сварки в среде углекислого газа представлена на рисунках.

Особенности сварочных работ в среде углекислого газа.

Полуавтоматы или автоматы для сварочных работ в среде двуокиси углерода должны иметь горелки, которые обеспечивают ламинарное выделение газа из сопла. При применении нестандартных держателей стоит учитывать, что они должны гарантировать радиальное по отношению к оси электрода истечение газа.

Перед пропусканием проволоки в шланг, ее конец нужно завальцевать, дополнительно, наконечник с мундштука снять, а шланг проверить на отсутствие перегибов. Эти нормы должны соблюдаться постоянно. Несоответствие правилам может вызвать деформацию проволоки в роликах, износу деталей держателя и шланга.

Перед сварочными работами нужно установить необходимый для данного типа сварного соединения, диаметра используемой проволоки и толщины металла, режим сварки. В соответствии с режимом, выставить расход газа и выждать некоторое время для полного выхода воздуха из шлангов. Нормы расхода проволоки -- 35--40 мм, с таким условием, чтобы промежуток от конца проволоки до сопла находился в пределах 15--25 мм. Проверить давление в баллоне.

Возбуждение электрической дуги производится касанием конца сварочной проволоки поверхности изделия, а выпуск проволоки -- нажатием пусковой кнопки на держателе.

От перемещения и расположения горелки относительно изделия, зависят в большой степени устойчивость дуги, стойкость газовой защиты дуги от воздействия воздуха, быстрота охлаждения металла, форма сварочного шва, возможность визуального наблюдения за зоной работ.

Приближение горелки к поверхности изделия затрудняет слежение за процессом сварки и вызывает загрязнение горелки брызгами, а слишком большое удаление приводит к дефектам в сварочных швах, по причине снижения надежности защиты металла углекислотой.

Достоинства:

1. Видимость процесса сварки и горения дуги для сварщика.

2. Отсутствие необходимости в приспособлениях для подачи и отвода флюса.

3. Хорошее качество швов. Сварные швы не требуют последующей очистки от остатков флюсов и шлака.

4. Увеличенная производительность сварки в углекислом газе, вследствие качественного использования тепла дуги.

5. Возможность проведения работ в разных пространственных положениях в режимах автоматической и полуавтоматической сварки.

6. Низкая стоимость углекислого газа.

7. Использование для сварки электрозаклепками и металлов небольших толщин.

8. Доступность сварочных работ на весу без использования подкладки.

Разработка процесса сварки коробчатой балки

ГОСТ 14711-76-У3-УП-ДК

Материал Ст3

Для У4

тип соединения - угловое

Форма поперечного сечения

1. подготовленных кромок

2. выполненного шва



Диаметр электродной проволоки d_э = 1,6 мм.

ПО ГОСТ 2246-70 выбираем марку проволоки СВ-08ГС

Режим сварки.

Род тока - постоянный

Полярность - прямая

Сварочный ток 220-240 А.

Напряжение дуги 27 В.

Расход СО2 = 16 л/мин.

Длина дуги должна быть в пределах 1,5 - 4,0 мм.

Вылет электродной проволоки составляет 8-15 мм.

Скорость подачи электродной проволоки, м/ч, рассчитывается по формуле

где - коэффициент расплавления проволоки, г/А·ч; - сварочный ток, А; - диаметр электродной проволоки, мм; j - плотность металла проволоки(для стали j = 7,8 г/см3).

V_пр= 20 м/ч.

Скорость сваркирассчитывается по формуле

,

где - коэффициент наплавки(1-4), г/А·ч, , где -коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание. При сварке в СО₂ = 0,1…0,15; - площадь поперечного сечения одного валика(0,3-0,7 см²); - плотность металла проволоки, г/см3 (для стали = 7,8 г/см3)

V_св= 5,6 м/ч

Масса наплавленного металла рассчитывается по формуле:

,

где - площадь поперечного сечения шва, см²; l - длина шва, см.

G_н = 1404 г.

Время горения дуги:

.

t₀ = 0.46 ч.

Полное время сварки:

,

где - коэффициент использования сварочного поста, = 0,6

Т = 0,77 ч.

Расход электродной проволоки:



где - вес наплавленного металла, г; - коэффициент потерь, = 0,1…0,15.

G_пр= 1404·(1+0,15) = 1615 г.

Расход электроэнергии

,

где - напряжение дуги, В; - кпд источника питания, при постоянном токе = 0,6…0,7; Wo - мощность источника питания, работающего на холостом ходу. На постоянном токе W₀ = 2,0…3,0.

А = 4,88 кВт/ч

Методы контроля качества сварного шва.

Механические испытания сварных соединений. Испытания производят в соответствии с ГОСТ 6996-66. Методика определения размеров образцов, требования, предъявляемые к оборудованию для испытаний, условия проведения испытаний и подсчет результатов должны соответствовать:

при испытании на статическое растяжение при нормальной температуре - ГОСТ 1497-73, при пониженной температуре - ГОСТ 11150-65, при повышенной температуре - ГОСТ 9651-73;

при испытании на ударный изгиб (ударную вязкость) при нормальной температуре - ГОСТ 9454-60, при пониженной - ГОСТ 9455-60, при повышенной - ГОСТ 9456-60;

при измерении твердости - ГОСТ 2999-59, ГОСТ 9013-59 и ГОСТ 9012-59.

Гидравлическое испытание при давлении, на 25-50% превышающем рабочее.

Пневматическое испытание наполнением контролируемой емкости сжатым воздухом.

Вакуумным способом с применением вакуумной камеры из прозрачного оргстекла.

Испытание керосином, способным проникать через неплотности шва.

Испытание аммиаком. Испытуемые швы покрывают бумажной или марлевой лентой, пропитанной 5%-ным водным раствором азотнокислой ртути или фенолфталеином. В изделие нагнетают воздух в смеси с аммиаком до определенного давления. Проходя через неплотности шва, аммиак оставляет на бумаге черные (раствор азотнокислой ртути) или красные (фенолфталеин) пятна.

Испытание с помощью течеискателей. Применяют гелиевые или галоидные течеискатели.

Металлографические исследования. С помощью металлографического анализа проверяют качество структуры металла сварного соединения.

Просвечивание рентгеновскими и гамма-лучами. Рентгеновские лучи обладают значительной проникающей способностью и действуют на фотопленку подобно световым.

Выпускаются переносные рентгеновские установки РУП-60-20-1, РУП-120-5-1, РУП-150-10-1, РУП-200-5-1, РУП-400-5-1, РУП-1000-2-1 для просвечивания стальных изделий толщиной до 200 мм и алюминиевых - до 550 мм.

Ультразвуковой метод контроля. Этот метод контроля основан на способности ультразвуковых волн отражаться от границы раздела двух сред, обладающих разными акустическими свойствами.

Отразившись от нижней поверхности изделия, ультразвук возвратится, будет принят датчиком, преобразован в электрические колебания и подан на экран электронно-лучевой трубки.

Магнитографический способ контроля. Сущность способа основана на использовании магнитного рассеяния, возникающего над дефектом при намагничивании проверяемого изделия. При наличии в шве дефекта магнитный поток будет огибать его, создавая магнитный поток рассеяния.

Эти потоки преобразуются в электрические сигналы на экране осциллографа; по характеру сигнала определяют дефект.

Люминесцентный способ контроля. Основан на свойстве некоторых веществ (люминофоров) светиться при действии ультрафиолетовых лучей. Этот способ применяют для обнаружения поверхностных дефектов, например мельчайших трещин.

Перед контролем участок шва очищают от загрязнений и наносят на него жидкий раствор люминофора. После выдержки в течение 10-15 мин раствор смывают, изделие сушат и облучают ультрафиолетовыми лучами в затемненном помещении. По свечению оставшегося в шве раствора обнаруживают дефектные места.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовой работе представлены технологические процессы обработки деталей. Рассмотрен процесс литья, поковки, сварки, а так же процессы обработки полученных заготовок.

Размещено на Allbest.ru

...