Проектирование технологического процесса изготовления отливки художественной композиции "Светоч знаний"

После расплавления всей шихты и достижения требуемой температуры сплав раскисляют фосфористой медью в количестве 0,2 % от массы шихты и покрывают хорошо просушенным флюсом, состоящим из 60% кальцинированной соды, 33% плавикового шпата и 7% буры. Расход флюса составляет 2-3 % от массы шихты. После загрузки флюса сплав нагревают до 1150-1200 °С, выдерживают под флюсом 20-30 минут, периодически перемешивая, затем при температуре 1150-1170⁰С счищают образовавшийся шлак, и сплав выпускают из печи в ковш для разливки по формам. Чтобы избежать попадания шлака в форму, зеркало сплава в ковше покрывают сухим кварцевым песком, тогда шлак делается гуще и легче удаляется с поверхности сплава.

7.1 Выбор ковша

Для транспортировки и заливки жидкого металла в литейную форму применяем ручной ковш.

Заливку металла производим в одну форму металлоёмкостью 5,75 кг, следовательно, выбираем ковш емкостью не более 25 кг.

Кожух ковша стальной сварной, для футеровки применяют смесь следующего состава 65 частей формовочного кварцевого песка и 35 частей формовочной глины. Толщина футеровки 25мм.

Сушка ковшей производится в сушильных камерах при Т=300-350 ⁰С в течение 4ч. Перед разливкой металла ковш подогревают до температуры 500 - 600°С.

7.2 Расчет шихты для сплава БрО6Ц6С3

Подготовка шихтовых материалов. Крупные шихтовые материалы (катоды, чушки, бракованные отливки и пр.) разрезают или разбивают на более мелкие куски, удобные для загрузки их в печь. Катодные листы (пластины) тщательно очищаются от остатков электролита, бракованные отливки и литники от формовочной смеси. Сыпучую и витую стружку после ее дробления подвергают центрифугированию для удаления влаги, масла, эмульсии.

Стружка в процессе центрифугирования промывается раствором, содержащим 6%, жидкого стекла, 4% фосфорнокислого калия, 0,5% хромокислого калия, 1% едкого натрия и 88,5% воды. Затем стружка тщательно просушивается при 200--300⁰С в специальных печах. Для удаления мелких железных включений сухую стружку пропускают через электромагнитный сепаратор и после этого брикетируют. Обрезки листового материала, проволоки, высечки и т. п. после тщательной сортировки и удаления влаги, смазки, пакетируют в пакеты, удобные для загрузки в печь.

В процессе подготовки шихты необходимо следить за тем, чтобы отходы металлов и сплавов, различных марок не смешивались между собой. Отходы неизвестного химического состава обязательно предварительно переплавляют в чушки, которые после получения результатов химического анализа используют в качестве шихтового материала.

Расчет шихты заключается в определении весовых соотношений различных видов шихтовых материалов, загружаемых в печь, для получения сплава заданного химического состава. Расчет шихты производят на 100 кг сплава. По заданному химическому составу определяют содержание основных компонентов в 100 кг сплава, а затем содержание их в шихте с учетом угара.

Выход годного литья Г, %, определяется по формуле

Г=

где М_отл - масса отливки, кг (М_отл = 5,75 кг);

М_ж.м. - масса жидкого металла в форме, кг (М_ж.м.=6,2 кг);

n - количество отливок в форме, шт (n = 1 шт).

Г = 5,75/7,2 ·100 = 79%.

Баланс металла приведен в таблице 2.13

Таблица 2.13 - Баланс металла

В процентах

При расплавлении металла в состав шихты входят чистые металлы и возврат собственного производства. Угар элементов приведён в таблице 2.14.

Таблица 2.14 - Угар элементов

В процентах

Расчёт ведём на 100 кг сплава. Для компенсации угара указанных элементов масса шихтовых материалов должна быть увеличена на процент угара, следовательно: Расчётное содержание искомого компонента в шихте определяют по формуле

К_ш = ,

где К_ж - содержание элемента в сплаве, %;

У - угар в процессе плавки, %.

Необходимое количество компонента в шихте

К_{ш Sn} = = 6,06%

К_{ш Pb} = = 3,09%

К_{ш Zn} = = 6,12%

К_{ш Cu} = = 85,85%

С возвратом собственного производства вносят:

B_Sn = 6·21/100 = 1,26%

B_hd = 3·21/100 = 0,63%

B_zn = 6·21/100 = 1,26%

B_cu= 85·21/100 = 17,85%

Таблица 2.15 - Состав шихты

В процентах

Расход компонента К, кг, с учётом его содержания в шихте рассчитывается по формуле

К=

где К_о - содержание основного элемента в компоненте,%.

К_sn = 6,06-1,26/50·100 = 9,6%

К_pb = 3,09-0,63/99,9·100 = 2,45%

К_zn = 6,12-1,26/99,99·100 = 4,9 %

К_cu = 85,85-17,85/99,5·100 = 68,3%

Расчёт по примесям

Sb вносят:

- возврат Sb = 0,4*21/100 = 0,084%

- свинец Sb = 0,005*3,09/100 = 0,00015%

-цинк Sb = 0,003*6,12/100 = 0,00018%

- медь Sb = 0,05*85,85/100 = 0,04%

Sb = 0,124 не превышает допустимое значение.

Fe вносят:

- возврат Fe = 0,4*21/100 = 0,084%

- свинец Fe = 0,005*3,09/100 = 0,00015%

- медь Fe = 0,05*85,85/100 = 0,04%

Fe = 0,124 не превышает допустимое значение.%

As вносят:

- возврат As = 0,01*21/100 = 0,002%

- свинец As = 0,005*3,09/100 = 0,00015%

-цинк As = 0,005*6,12/100 = 0,0003%

- медь As = 0,01*85,85/100=0,008%

As = 0,01 не превышает допустимое значение.

S вносят:

- возврат S = 0,05*21/100 = 0,01%

- медь S = 0,01*85,85/100 = 0,008%

S = 0,018 не превышает допустимое значение.

Результат расчёта шихты приведен в таблице 2.16

Таблица 2.16 - Состав шихты

Итоговым критерием оптимальности технологического процесса производства отливки по металлу, в целом, от выплавки до годного изделия, служит коэффициент выхода годного, К_вг, который рассчитывается по формуле

К_вг = G_ч/У G_ш.м.

Где G_ч - черновая масса отливки,кг;

У G_ш.м. - суммарный вес шихтовых материалов

К_вг = 5,75/106,25 = 0,05

8. Финишные операции

Залитая металлом форма охлаждается на заливочной площадке. Отливка после достаточного остывания в форме проходит следующие операции: выбивка из формы, отделение литников, предварительная очистка и окончательная доводка.

После выбивки из формы на отливке остается часть огнеупорного покрытия, которая отбивается вручную ударами молотком по литниковой воронке и стояку.

Отделение литниковой системы можно производить на металлорежущих станках, вручную, ножовками и отрезными абразивными кругами.

Очистку отливок производят механическими способами. К ним относятся очистка металлическими щетками и пескоструйная очистка мелким кварцевым или металлическим песком (диаметром до 0,3мм). Более крупный металлический песок, также как и мелкий песок (при длительной очистке), может ухудшить качество поверхности отливки.

После этого необходимо заварить аргонной сваркой технологическое отверстие в теле отливки.

8.1 Доводка литья

Доводка является завершающим этапом изготовления художественной отливки. Под доводкой подразумевают комплекс технологических процессов, которые придают изделию законченный вид. Она включает в себя чеканку, шабровку, крацевание. Качество доводки существенно влияет на художественную выразительность изделия.

2.12.1.1 Чеканка литья проявляет художественную форму отливки, придает ей законченность. Большинство металлов и сплавов хорошо поддаются чеканке, поскольку обладают определенной пластичностью. Металл обрабатывают специальным чеканом, у которого имеется нижняя рабочая часть, которая оставляет след на поверхности металла, и верхняя часть, по которой наносят удар.

Чеканы представляют собой стальные стержни длиной 120--170 мм. Для удобства работы поверхность стержня чекана покрыта мелкой насечкой.

2.12.1.2 Шабровка -- обработка отливки шаберами, режущими инструментами с остро заточенным лезвием, при помощи которого с отливки снимают тонкую стружку. Это позволяет выровнять поверхность изделия, сделать ее гладкой. Толщина стружки при черновой шабровке 0,05--0,02 мм, при чистовой 0,02--0,01 мм.

Шабровку обычно производят попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Это дает возможность получить наиболее ровные поверхности, без волнистости, которая неизбежно возникает при шабровке в одном направлении.

2.12.1.3 Крацеванием - называют обработку художественного литья вращающимися металлическими щетками. Крацевание жесткими щетками придает отливке законченный вид, поверхность отливки становится матовой. При обработке мягкими щетками поверхность приобретает блеск. При крацевании изделия смачивают слабым водным раствором поташа (3%).

Отливку слабо прижимают к щетке, так как при сильном нажиме на поверхности могут образоваться полосы и штрихи (особенно при недостаточном смачивании).

8.2 Патинирование

Бронзовые скульптуры бывают разных оттенков -- от зеленого до коричневого. Необходимый цвет образуется под действием атмосферной среды или в результате воздействия на металл специальными реагентами. Бронзовые памятники, которые находятся на открытом воздухе, постепенно меняют свои цвета. Это зависит от присутствия в воздухе хлористых, углекислых или сернистых соединений, в зависимости от этого оксидная пленка на скульптуре приобретает различную окраску -- синюю, зеленную, коричневую, это также связано с составом самой бронзы.

Патинирование изделия «Светоч знаний» заключается в насыщении полированной поверхности изделия слоем сульфитов и сульфатов меди.

Чернь («Серную печень») наносили на подготовленную поверхность изделия. Углубления или выгравированный рисунок, которые заполняют чернью, должны быть шероховатыми для лучшего сцепления черни с основным металлом. Глубина рисунка не должна быть меньше 0,2 мм.

Тонко измельченный порошок черни перемешивают с водной. Приготовленную кашицу, имеющую консистенцию густой сметаны, накладывают на участки, подлежащие чернению. Чернь, попавшую на те участки поверхности, которые не надо чернить, аккуратно удаляют. Изделие просушивают и обжигают в печи при температуре 300--400 ⁰С.

Остывшее изделие подвергают механической обработке, завершая ее полированием, после чего чернь приобретает свойственный ей блеск и оттенок.

9. Контроль качества отливок

Контроль качества отливок внешним осмотром следует производить в два приема.

Первый предварительный контроль отливок производят в блоках, сразу же после первичной очистки блоков от оболочки. Он позволяет выявить причины литейных дефектов и наметить меры борьбы с браком.

Второй контроль производят после окончательной очистки отливок, осматривая каждую отливку.

Чистоту поверхности отливок оценивают визуально сравнением отливок с эталоном. Отливки, имеющие дефекты, сравнивают с допустимыми дефектами утвержденных эталонов или описанными в технических условиях. Безусловно, годные отливки или с допустимыми дефектами направляют на дальнейшие операции, а отливки с дефектами бракуют или направляют на исправление; забракованные -- забивают или ломают, чтобы они случайно не попали в годные.

Контроль химического состава сплава контролируют по данным лабораторного анализа. В случае приготовления сплава в на участке непосредственно перед заливкой форм следует проверять 100% плавок на основные элементы сплава и вредные примеси. Если имеются сертификаты на исходные материалы повторяющегося производственного процесса, то заменяют выборочным, например контролем каждой 10-й плавки и по результатам ее химического анализа судят о составе сплава этих плавок. В случае, когда резуль-таты выборочного анализа неудовлетворительны, выпуск деталей производится по результатам проверки каждой плавки.

В цеховой лаборатории проверка состава сплава производится методами химического или спектрального анализа.

Химический анализ позволяет после растворения сплава выделить в чистом виде или в виде соединений отдельные элементы сплава и определить их процентное содержание (концентрацию) в сплаве. Химический анализ дает точные сведения о содержании элементов в сплаве, но он занимает много времени, так как химическое растворение и осаждение иногда длится в течение нескольких часов.

Спектральный анализ основан на рассмотрении спектра лучей, излучаемых при воздействии дугового разряда на поверхность анализируемого материала. По спектру определяют качественный и количественный состав сплава. Преимущества спектрального метода перед химическим состоят в быстроте, высокой точности его при малой концентрации в сплаве определяемого элемента, универсальности и возможности определять химический состав практически без повреждения отливок.

Химический состав бронз определяют по ГОСТ 1953.1-79-ГОСТ 1953.12-79, ГОСТ 25086-87. Временное сопротивление и относительное удлинение после разрыва определяют в соответствии со следующей нормативно-технической документацией:

- испытание на растяжение проводят в соответствии с ГОСТ 1497-84;

- твердость по Бринеллю определяют в соответствии с ГОСТ 9012-59.

10. Исправление дефектов

литье металл форма заливка

Для уменьшения потерь от брака технологический процесс изготовления отливок предусматривает исправление дефектов с последующим повторным контролем участков отливки, на которых они были обнаружены.

Основными средствами исправления дефектных отливок являются заварка, заделка эпоксидными компаундами, пропитка герметизирующими материалами, а также установка различных заглушек, пробок и втулок.

Заварка отливок является наиболее надежным и поэтому широко применяемым способом исправления дефектов отливок из цветных сплавов. Заваркой устраняют большинство дефектов в отливках: раковины, рыхлоты, не заливы, трещины и др.

Перед заваркой отливки очищают от загрязнений, дефектные участки разделывают до чистого металла; рыхлоты, включения оксидов шлака, формовочной смеси и трещины вырубают пневматическим зубилом либо удаляют слесарным инструментом (шарошкой, напильником и т. д.)

Для исключения образования трещин и коробления происходящих в результате термических напряжений, возникающих при заварке, отливки перед заваркой подвергают местному или общему подогреву при температуре 300--350 °С.

Заварка отливок из медных сплавов затруднена высокой теплопроводностью и большой жидкотекучестью этих сплавов, а также их способностью сильно окисляться в нагретом и особенно в расплавленном состоянии. Отливки из медных сплавов можно заваривать ручной и автоматической дуговой сваркой, сваркой в среде защитных газов и газовой сваркой. Присадочные прутки, металлические электроды готовят из сплавов, близких по химическому составу к материалу отливки.

Быстротвердеющие замазки на основе эпоксидных смол (ЭД-5, ЭД-6, ЭД-20 и др.) применяют для исправления различных дефектов, улучшающих товарный вид отливок.

Перед заделкой дефектов эпоксидными композициями дефектный участок отливки подогревают до 60 -- 80 °С. Отверждение замазки при подогреве до этой температуры происходит в течение 0,5 ч.

После затвердевания замазки исправленное место зашлифовывают абразивными кругами или шкуркой, обдувают и закрашивают грунтовкой. Замазка на основе эпоксидной смолы прочно сцепляется с основным металлом, не отслаивается при ударах, не теряет свойств при температуре до 150°С.

Исправление дефектов целесообразно производить если стоимость исправления ниже себестоимости отливки.

Размещено на Allbest.ru