Технология изготовления, обеспечивающая получение качественной отливки

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Литейное производство»

Старый Оскол

СОДЕРЖАНИЕ

Цель курсовой работы

1. Разработка технологического процесса изготовления отливок

1.1 Оценка заказа

1.2 Характеристика литейного сплава

1.3 Выбор способа изготовления отливки

1.4 Определение положения отливки в форме

1.5 Определение участков поверхности отливки, выполняемых стержнями

1.6 Выбор материала для изготовления модельного комплекта и расчёт размеров

1.7 Расчёт размеров модели

1.8 Определение размеров и конструкции опок

1.9 Проектирование и расчет литниковой системы и прибылей

1.10 Определение температуры расплава при заливке в форму

1.11 Выбор состава формовочной смеси и стержневой смеси, способа уплотнения формы и изготовления стержней, модели формовочной машины

1.12 Сборка форм

1.13 Выбор способа заливки формы и расчёт продолжительности охлаждения отливки в форме

2. Финишные операции

2.1 Выбивка отливок и удаление стержней

2.2 Обрубка отливки

2.3 Очистка отливки

2.4 Зачистка отливки

Список используемой литературы

ЦЕЛЬ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Разработать технологию изготовления, обеспечивающую получение качественной отливки. При проектировании технологического процесса необходимо:

1. Оценить технологичность детали, выбрать способ формовки, состав формовочной смеси;

2. Определить положение отливки в форме, конструкцию литниковой системы, рассчитать площади сечения её каналов, определить места установки прибылей и рассчитать их размеры;

3. Для оформления внутренних полостей отливки или отдельных её частей определить число и границы стержней, их классы, выбрать состав стержневых смесей и способ изготовления;

4. Определить размеры модели, тип модельной оснастки;

5. На чертёж детали нанести контуры модели и литейные указания;

6. Определить количество отливок в форме и соответствующий размер опок;

7. Выбрать способ заливки формы и рассчитать время охлаждения отливки в форме;

8. Выбрать способы очистки, обрубки отливки и её термообработку.

Вариант задания

Вариант 5. Футеровка (материал сталь - 110Г13Л; количество - 1000 шт.)

1. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК

При разработке литейной технологии очень важен обоснованный выбор наиболее рациональных приемов, обеспечивающих необходимые эксплуатационные свойства литых деталей и высокие технико-экономические показатели производства. Получение качественных отливок при минимальной их стоимости; высокая производительность; экономия металла в результате уменьшения припусков на обработку; экономия топлива, электроэнергии и вспомогательных материалов; максимальное использование имеющегося оборудования и оснастки.

Проектирование технологического процесса изготовления отливки включает разработку необходимой технологической документации: чертежей, расчетов, технологических карт и др. Объем технологической документации зависит от типа производства (единичное, мелкосерийное, серийное, массовое). В условиях единичного и мелкосерийного производства все технологические указания наносят непосредственно на чертеж детали. При серийном и массовом производстве на основании анализа технических условий на деталь и ее конструкции, расчетов и справочных данных разрабатывают чертеж отливки, чертежи моделей, стержневых ящиков, модельных плит и т.д.

Правила выполнения чертежей элементов литейной формы и отливки установлены ГОСТ 2.423-73.

1.1 Оценка заказа

Прежде чем приступить к проектированию технологии изготовления отливки, необходимо оценить возможности и целесообразность выполнения заказа, руководствуясь техническими возможностями различных способов литья, общими принципами классификации отливок по их характерным признакам. Затем анализируют технические условия на деталь. На чертеже детали указываются технические требования со ссылками на стандарты, особые условия оговариваются специальными указаниями.

При анализе заказа принимают во внимание назначение отливки, размер серии (табл. 1), группу сложности в соответствии с прейскурантом 25-01-81 и т. д.

Таблица 1. Ориентировочные данные для определения серийности производства отливок

Группа отливок по массе	Масса отливки, кг	Годовой выпуск отливок, шт., одного наименования при различных типах производительности
		единичном	мелкосерийном	серийном	крупносерийном	массовом
I (мелкие)	<20	<300	300-3000	3000-35000	35000-200000	>200000
	20-100	<150	150-2000	2000-15000	15000-100000	>100000
II (средние)	101-500	<75	75-1000	1000-6000	6000-40000	>40000
	501-1000	<50	50-600	600-3000	3000-20000	>20000
III (крупные)	1001-5000	<20	20-100	100-300	300-4000	>4000
IV (очень крупные)	5001-10000	<10	10-50	50-150	250-1000	>1000
	>10000	<5	5-25	25-75	>75	-

В соответствии с заданными условиями рассматриваемое изделие является изделием ответственного назначения, относится ко II группе отливок по массе (средние), выпускаемых серийным производством.

1.2 Характеристика литейного сплава

Сталь 110Г13Л - износостойкая сталь, получившая наибольшее распространение среди высоколегированных сталей, применяемых для изготовления фасонных отливок. По структуре она относится к аустенитному классу. Устойчивая аустенитная структура образуется в Fe-Mn-С-сплавах, содержащих 1-1,3 % С и 9-15 % Мn. Медленно охлажденные сплавы этого состава состоят из аустенита и карбидной фазы переменного состава (Fe, Mn)3С. Аустенит представляет собой твердый раствор замещения марганца в железе, в котором углерод находится между узлами кристаллической решетки. Отливки подвергают закалке: нагрев до 1050-1100°С и охлаждение в холодной воде. После термической обработки сталь 110Г13Л немагнитна, приобретает высокие свойства: ув=800ч1000 МПа; ут = 250ч400 МПа; ут/ув = 30ч40%; д = 40ч55 %; ш = 35ч45; 180-220 НВ.

Уникальным свойством стали является высокое сопротивление износу при работе в условиях ударных или высоких статических нагрузок, когда сталь наклепывается, и твердость ее возрастает до 600 НВ. Упрочнение стали при наклепе вызывается дроблением зерна аустенита, выпадением дисперсных карбидов, а также превращением аустенита в мартенсит по плоскостям сдвигов. Склонность к наклепу делает эту сталь труднообрабатываемой. Из этой стали отливают сердечники стрелочных переводов и крестовины трамвайных путей, сменные детали щековых и конусных дробилок, экскаваторов и многих других машин.

Стандарт допускает значительные колебания химического состава, %: 11,5-15 Мn; 0,9-1,4 С; 0,3-1 Si; до 0,12 Р; до 0,05 S. Химический состав зависит от назначения, типа и специфических требований, предъявляемых к изделиям. Для стали 110Г13Л оптимально отношение Мn/С = 10. Повышение содержания углерода уменьшает пластичность, а понижение -- износостойкость. Увеличение содержания кремния, желательное для повышения износостойкости, но вызывает образование трещин. Фосфор и сера отрицательно влияют на эксплуатационные и технологические свойства, поэтому их содержание должно быть минимальным.

Особенности технологического процесса получения отливок из стали 110Г13Л определяются специфическими свойствами этого сплава. Интервал его затвердевания 1400-1340°С, поверхностное натяжение ниже, чем углеродистой стали, в 1,5 раза. Высокомарганцовистая сталь по сравнению с углеродистой характеризуется большим коэффициентом термического сжатия (в 2 раза) и меньшей (в 2 раза) теплопроводностью. Низкая теплопроводность стали делает невозможной сквозную закалку стенок отливок толще 120 мм. Кроме этого, в толстом сечении металл имеет пониженные свойства вследствие сильной транскристаллизации и ликвации углерода, фосфора и серы, поэтому толщина стенок отливки должна быть не более 120 мм.

Высокомарганцовистая сталь из-за присутствия оксида марганца агрессивна по отношению к шамотной футеровке ковша и песчаной форме, поэтому целесообразно применять магнезитовые или графитовые пробки и стаканы сифонного припаса. Во избежание формирования трудноотделимого пригара песчаные формы без покрытий можно применять только при изготовлении тонкостенных, отливок. Полость форм средних и. крупных отливок целесообразно облицовывать составами на основных огнеупорных материалов (магнезит, хромомагнезит) или наносить на поверхность полости покрытия.

Несмотря на высокую жидкотекучесть стали 110Г13Л, разливку ее по формам необходимо проводить с большой скоростью, чтобы исключить значительное окисление. Получение однородных свойств стали во всех отливках предопределяет необходимость разливки всей плавки за короткое время в узком интервале температур и при невысоком перегреве (1420--1500°С). Повышение температуры заливаемой в форму стали от 1414 до 1530°С приводит к снижению ув и д соответственно от 800 до 570 МПа и от 32,5 до 17,4 %. Такое изменение связано прежде всего с укрупнением аустенитных зерен, т. е. с огрублением структуры.

Принимая во внимание повышенную литейную усадку стали, в состав формовочных смесей часто вводят опилки, применяют оболочковые стержни, т.е. делают все возможное для увеличения податливости формы. Значительная усадка, интенсивное развитие ее в интервале, близком к температуре кристаллизации, низкая прочность и пластичность при высоких температурах обусловливают большую склонность стали 110Г13Л к трещинообразованию. Для борьбы с горячими трещинами, кроме увеличения податливости формы, целесообразно снижать до минимума содержание кремния, фосфора и серы, уменьшать окисленность металла, упрочнять слабые места холодильниками и усадочными ребрами. Из-за низкой теплопроводности и высокого коэффициента термического сжатия в отливках возникают большие термические напряжения, которые вместе с повышенной хрупкостью (в литом состоянии благодаря присутствию карбидов) часто являются причиной образования холодных трещин. Для борьбы с холодными трещинами используют различные способы выравнивания скоростей охлаждения отдельных узлов отливки.

Режим охлаждения отливки в области высоких температур (950-500°С) обусловливает количество и размер карбидов, выпадающих из аустенита ввиду снижения растворимости в нем углерода. Ускорение охлаждения в интервале интенсивного выделения карбидов позволяет получить более благоприятную литую структуру (мельче карбиды и меньшее их количество). Такое изменение литой структуры в свою очередь дает возможность осуществлять форсированный нагрев отливок под закалку, сокращать продолжительность всего цикла (нагрев и выдержку), добиваться повышения плотности стали. Последнее обстоятельство связано с тем, что карбидная фаза (Fe, Мn)3С по сравнению с аустенитом характеризуется большим значением удельного объема, поэтому растворение карбидов в процессе термообработки приводит к возникновению пористости.

Реализация оптимального (ускоренного) охлаждения отливок сердечников стрелочных переводов позволила повысить пластичность стали, ее стабильность и долговечность отливки.

Для получения высоких пластических, прочностных свойств (обеспечения однофазной аустенитной структуры) все отливки подвергают закалке в холодной проточной воде. Исправление дефектов заваркой производят после закалки отливки, в нагретом состоянии. Заваренную отливку подвергают повторной закалке.

литейный сплав отливка форма

1.3 Выбор способа изготовления отливки

В единичном, мелкосерийном и серийном производстве отливки изготовляют обычно литьем в песчаные сырые, подсушиваемые, химически твердеющие и сухие формы. Иногда используют специальные способы литья: в кокиль, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, центробежное литье и др.

Наиболее экономичен способ изготовления отливок в сырых формах, так как в этом случае не требуются площадь для установки сушильных агрегатов и складирования форм перед сушкой и дополнительный расход топлива. При изготовлении формы этим способом по сравнению с формовкой по сухому значительно сокращается цикл изготовления отливки и снижается ее себестоимость, поэтому нужно отдавать предпочтение формовке по сырому.

Изготовление отливок в сырых формах целесообразно в следующих случаях: в условиях массового производства, когда заливка форм осуществляется на конвейере:

1. когда давление металла на стенки формы при заливке не превышает 25 кПа (отливки массой до 100 кг, высотой до 300 мм);

2. при необходимости быстрой сборки форм, вызываемой производственными условиями;

3. в случае отсутствия в форме металлических холодильников; при необходимости же их установки форма до заливки во избежание конденсации влаги на холодильниках должна находиться в собранном виде не более 2 ч, при более длительном простаивании возможно также окисление холодильников, что приведет к браку отливок по раковинам и вскипу металла.

Следует также учитывать, что сырые формы нельзя выдерживать с проставленными гигроскопичными стержнями более 4-6 ч во избежание их отсыревания.

Итак, отливку изготавливаем в сырых формах.

1.4 Определение положения отливки в форме

При определении положения отливки в форме нужно руководствоваться несколькими правилами, подтвержденными многолетней практикой.

1. Наиболее ответственные рабочие части, плоские поверхности большой протяженности, места, подлежащие механической обработке, нужно, по возможности, располагать внизу; в крайнем случае - вертикально или наклонно. При вынужденном расположении обрабатываемых поверхностей вверху нужно обеспечить такие условия, при которых песчаные и газовые раковины могли бы образоваться только в удаляемых при обработке частях отливки.

2. Формы для отливок, имеющих конфигурацию тел вращения (гильзы, барабаны, шпиндели и др.) с обрабатываемыми наружными и внутренними поверхностями, лучше заливать в вертикальном положении или центробежным способом. Иногда целесообразно формовку выполнять в одном положении, а заливать форму в другом.

3. Для отливок имеющих внутренние полости, образуемые стержнями, выбранное положение должно обеспечивать возможность проверки размеров полости формы при сборке, а также надежное крепление стержней.

4. Для предупреждения недоливов тонкие стенки отливки следует располагать в нижней части формы, желательно вертикально или наклонно, причем путь прохождения металла от литниковой системы до тонких стенок должен быть кратчайшим.

5. Отливки из сплавов с большой усадкой располагать в положении, удобном для питания их металлом верхних или боковых отводных прибылей.

6. Формы для станин, плит и других отливок с большим числом ребер должны быть при заливке расположены так, чтобы имелась возможность направить металл вдоль стержней и выступов формы.

Важным является определение оптимального числа отливок в форме. При крупносерийном и массовом изготовлении песчаных форм на машинах, а также при использовании специальных способов литья необходимо стремиться к максимальной металлоемкости формы (рационально располагать модели на плите, применять стопочные литейные формы, разделительные стержни и т. д.). На металлоемкость форм влияют правильный выбор и рациональное размещение элементов питания отливки.

При машинной формовке выбор поверхности разъема формы зависит также от типа формовочных машин. Положение отливки в форме при заливке указывается стрелками и буквами В (верх) и Н (низ). Разъем модели и формы указывают на всех проекциях буквами МФ. На чертеже указывают припуски на механическую обработку, детали литниковой системы, стержни, прибыли и др. элементы, необходимые для получения качественной отливки.

Отливку в форме располагаем горизонтально. Конструкция отливки позволяет расположить её в одной полуформе. Данная конструкция позволяет свободно извлекать модель из формы и обеспечивает минимальную высоту формы.

1.5 Определение участков поверхности отливки, выполняемых стержнями

Число стержней, служащих для оформления полостей отливки, ее отдельных элементов и элементов литниковой системы, определяют с учетом серийности выпуска отливок. При крупносерийном и особенно массовом производстве, когда окупаются затраты, связанные с изготовлением оснастки, целесообразно расчленение сложных стержней на части, так как это способствует повышению производительности машинной формовки и обеспечивает более высокое качество отливок.

При определении участков поверхности отливки, выполняемых стержнями, нужно руководствоваться следующими правилами.

1) Обеспечивать минимальные затраты на изготовление стержневых ящиков.

2) Обеспечивать удобную установку стержней в форму и контроль всех размеров полостей в ней.

3) Учитывать конфигурацию и габаритные размеры отливки, определяющие расход смесей на изготовление стержней. Повышенная прочность смесей в сухом состоянии позволяет изготовлять пустотелые стержни вместо сплошных. При этом улучшается их газопроницаемость, сокращаются продолжительность сушки и расход смеси. Высокую чистоту поверхности обеспечивают пустотелые оболочковые стержни из смесей на основе кварцевых или цирконовых песков и пульвербакелита в качестве связующего.

4) Если отливка имеет две полости, соединенные каналом, эти полости надо оформлять двумя стержнями. При использовании одного сложного стержня обычно происходит его поломка в месте тонкой перемычки.

5) Газоотводные каналы стержней должны иметь выходы в верхних знаках или образовывать общую вентиляционную систему с другими стержнями, знаки которых соприкасаются с формой. Газоотводные каналы должны быть размещены так, чтобы исключалось попадание в них жидкого металла.

6) Поверхность стержня со стороны набивки должна быть достаточно большой для удобства работы.

7) Разъем ящика и опорная поверхность стержня при сушке должны быть, по возможности, плоскими (особенно при единичном производстве); в массовом производстве выполнение этого условия не обязательно, так как применяют специальные сушильные плиты. Создание сложных не плоскостных разъемов при отсутствии сушильных плит допускается в случае использования химически твердеющих смесей.

8) Опорные поверхности стержней должны быть достаточными, чтобы исключить деформацию стержня под действием силы тяжести.

Точность фиксации стержня в форме обеспечивается конфигурацией и размерами его знаковых частей, которые назначают по ГОСТ 3606-80 с учетом размеров стержня, способа формовки и его положения в форме (рис. 1).

Таблица 2. Высота нижних знаков для сырых форм

Диаметр стержня, мм	Высота знака, мм, не более, при длине стержня, мм
	60 (50-80)
120 (81-120)	35

Для горизонтального стержня примем длину горизонтальных знаков 100 мм, максимальная высота стержня 92 мм.

Таблица 3. Формовочные уклоны знаковых частей стержня

Высота знака, мм			1
	градусы
35 (30-50)	7	10	3

Рис. 1. Стержни: а - горизонтальный; б - вертикальный.

Таблица 4. Зазоры между знаковыми поверхностями формы и стержня

Высота знака, мм	Тип модельного комплекта	Зазор S1, мм, при длине стержня, мм	Зазор S2	Зазор S3=1,5 S1
Вертикального 35 (30-50)	К1	0,3 при длине стержня 60 мм (50-80)	-	0,45
Горизонтального 100 (81-120)	К1	0,7 при длине стержня 2450 мм	0,7	-

В данном проекте четыре вертикальных стержня крепятся к горизонтальному стержню с помощью клея; при этом вследствие вогнутости поверхности отливки вертикальные стержни отклоняются от вертикальной оси приблизительно на 11° (наклон от оси отливки).

1.6 Выбор материала для изготовления модельного комплекта и расчет размеров

Основные виды оснастки, применяемые при изготовлении литейных форм из песчано-глинистых смесей - модели и стержневые ящики, которые классифицируют по следующим признакам:

1) виду материала - деревянные, металлические, деревометаллические, гипсовые, цементные, пластмассовые, пенополистироловые;

2) способу изготовления форм и стержней - для ручной или машинной формовки;

3) компоновке элементов - разъемные и неразъемные модели; разъемные, вытряхные и разборные стержневые ящики;

4) сложности - простые, средней сложности и сложные;

5) размерам модели: для ручной формовки - мелкие (до 500 мм), средние (500- 5000 мм), крупные (более 5000 мм); для машинной формовки - мелкие (до 150 мм), средние (150-500 мм), крупные (более 500 мм);

6) конструктивному исполнению - объемные, пустотелые, скелетные модели и шаблоны;

7) точности изготовления - модели I, II и III классов точности;

8) прочности - модели 1, 2 и 3 классов прочности.

Таблица 5. Материал для изготовления оснастки

Материал	Область применения	Число съёмов, шт.
		При ручной формовке	При машинной формовке
Алюминиевые сплавы АЛ3В, АЛ7В, АЛ9В	Для моделей и стержневых ящиков в серийном и массовом производстве	До 30000	До 50000

На основе того, что производство деталей серийное, принимаем следующие параметры:

– вид материала - алюминиевые сплавы АЛ3В, АЛ7В, АЛ9В;

– способ изготовления форм - машинный;

– способ изготовления стержней - ручной;

– компоновка элементов - неразъёмная модель;

– точность изготовления - модель 2 класса точности;

– прочность - модель 2 класса прочности;

– число съёмов (стойкость) - до 50000 шт.

Для определения конструктивных размеров модели необходимо установить припуски на механическую обработку, на усадку и формовочные уклоны. Но так как отливка механически не обрабатывается, то припуски на механическую обработку не назначаются.

Таблица 6. Рекомендуемые значения литейной усадки сплавов

Материал	Характеристика отливок	Основные размеры отливки, мм	Литейная усадка, %
		Толщина стенки	Длина
Углеродистая сталь	Средней сложности (с полостями, выполненными стержнями)	30-100	500-3000	1,5

Так как поверхности отливки механически не обрабатываются, но сопрягаются по контуру с другими деталями, формовочные уклоны следует выполнять за счёт уменьшения или увеличения размеров отливки, в зависимости от поверхности сопряжения.

Таблица 7. Размер стенок, рёбер и бортов моделей, мм (для алюминиевой модели)

Средний габаритный размер	Толщина стенки	Толщина борта	Ширина борта
1575 (1001-1600)	12	18	60

Средний габаритный размер модели равен половине суммы её длины и ширины. Для алюминиевых моделей отклонения от номинальных размеров в сторону увеличения составляют 1,5-3,0 мм, в сторону уменьшения - 0,5-2,0 мм.

Модель имеет уклоны, которые позволяют не выполнять дополнительные формовочные уклоны.

1.7 Расчёт размеров модели

Длину, высоту, толщину и диаметр модели можно найти по формуле:

L, H, B, D = (L0, H0, B0, D0) • о + и,

где L0, H0, B0, D0 - начальные длина, высота, толщина и диаметр модели; и - припуск на механическую обработку, мм (в нашем случае = 0); о - литейная усадка, %.

Длина модели:

L = 2450 • 1,015 = 2486,8 (мм).

Высота модели: наименьшая:

H1 = 60 • 1,015 + 60 = 120,9 (мм);

наибольшая:

H2 = 59 • 1,015 + (60 + 32,4) = 152,3 (мм).

Ширина модели:

B1 = 698 • 1,015 = 708,5 (мм);

B2 = 700 • 1,015 + 2 • 100 = 910,5 (мм);

B3 = 910,5 + 2 • 20 = 950,5 (мм).

Рис. 2. Поперечный разрез модели

1.8 Определение конструкции и размеров опок

При выборе размеров опок следует учитывать, что использование чрезмерно больших опок влечет за собой увеличение затрат труда на уплотнение формовочной смеси, нецелесообразный расход смеси, а использование очень маленьких опок может вызвать брак отливок вследствие продавливания металлом низа формы, ухода металла по разъёму и т. п.

Таблица 8. Зависимость толщины слоя формовочной смеси на различных участках формы от массы отливки

Масса отливки, кг	Минимально допустимая толщина слоя, мм
	от верха модели до верха опоки	от низа модели до низа опоки	от модели до стенки опоки	между моделями	между моделью и шлакоуловителем
780 (501-1000)	150	200	90	-	-

Полученные данные позволяют определить минимальные размеры опок, которые окончательно следует уточнить по ГОСТ 2133-75, при этом расчетные значения увеличивают до ближайшего регламентированного размера. Получим:

Длина опоки:

L = 2486,8 + 2 • 90 = 2666,8 (мм).

Ширина опоки:

B = 710,5 + 2 • 90 = 990,5 (мм).

Высота нижней опоки:

Hн = 152,4 + 200 = 352,3 (мм).

Высота верхней опоки: Hв = 150 мм.

Таблица 9. Основные размеры опоки, мм

Средний размер опоки в свету, мм	Длина опоки в свету, мм	Ширина опоки в свету, мм
		1000
1393 (1051-1500)	2800	х

Таблица 10. Высота опок, мм

Длина опоки в свету, мм	Высота опоки, мм
	360	150
2800	x	-

Принимаем высоту верхней опоки 200 мм.

На основании полученных данных выбираем опоки:

L Ч B Ч H = 2800 Ч 1000 Ч 360 мм

- нижняя опока;

L Ч B Ч H = 2800 Ч 1000 Ч 200 мм

- верхняя опока.

1.9 Проектирование и расчет литниковой системы и прибылей

Литниковая система - система каналов и устройств для подвода в определенном режиме жидкого металла в полость литейной формы, отделения неметаллических включений и обеспечения питания отливки при затвердевании. Литниковую систему размещают по разъему литейной формы и вне разъема.

Правильная конструкция литниковой системы должна обеспечивать непрерывную подачу расплава в форму по кратчайшему пути; спокойное и плавное ее заполнение; улавливание шлака и других не металлических включений; создание направленного затвердевания отливки; минимальный расход металла на литниковую систему; не вызывать местных разрушений формы вследствие большой скорости и неправильного направления потока металла.

Литниковая система включает, как правило, следующие элементы:

– стояк - вертикальный канал, соединяющий литниковую чашу (воронку) со шлакоуловителем;

– шлакоуловитель - горизонтальный трапецеидальный канал, соединяющий стояк с питателями и задерживающий шлак, и неметаллические включения из потока заливаемого сплава;

– питатель - горизонтальный канал, соединяющий шлакоуловитель с полостью формы;

– выпор - вертикальный канал, расположенный на самой верхней части полости формы или соединенный с нею боковым каналом (отводной выпор), служащий для вывода газов из формы, а также для наблюдения за ходом заливки формы;

– прибыль - элемент литниковой системы для питания отливки жидким металлом в период затвердевания и усадки;

– литниковую чашу (воронку) - элемент литниковой системы для приема жидкого металла и его направления в стояк или непосредственно в литейную форму.

В зависимости от места подвода металла в форму различают следующие литниковые системы:

горизонтальную - с питателями, расположенными в горизонтальной плоскости разъема литейной формы;

вертикальную - с питателями, расположенными в вертикальной плоскости разъема литейной формы по положению при заливке (к вертикальным относятся вертикально-щелевые и ярусные литниковые системы);

верхнюю - систему подачи жидкого металла в полость литейной формы сверху;

дождевую - систему подачи металла в форму через большое число тонких питателей (разновидность верхней литниковой системы);

сифонную - систему подачи металла в форму снизу через один или несколько питателей.

Выбираем горизонтальную литниковую систему.

Рассчитаем площади поперечных сечений и размеры элементов из условия заполнения формы за оптимальное время

,

где s - коэффициент, учитывающий жидкотекучесть сплава и тип литниковой системы, для легированной стали принимаем s = 0,8; д - преобладающая или средняя толщина стенки отливки, д = 60 мм; G - общая масса отливки и прибылей.

Так как горизонтальный стержень, формирующий верхнюю поверхность отливки, исключает наличие прибылей, то общая масса отливки и прибылей G равна массе отливки, т. е. 780 кг.

.

При выбранной расширяющейся литниковой системе самое узкое место - сечение стояка. При заливке металла в форму из поворотных ковшей площадь сечения металла равна

,

где G - масса металла в форме, кг; м - общий коэффициент расхода в литниковой системе, для стали со средним сопротивлением формы (сопротивление при одном повороте струи на 90°) м=0,32; с - плотность сплава, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; HСР - средний гидростатический напор, м.

,

Где

HСТ = 200 + 32,4 = 234,4 мм

- высота стояка от уровня воронки до питателя; hB - высота части отливки от питателя до её самой высокой точки, м; h0 - общая высота отливки, м.

В данном случае hB=0 и

HСР=HСТ=0,234 м.

.

Площади поперечных сечений шлакоуловителя и питателя определяем из соотношения

FП : FШ : FСТ = 1,5 : 1,3 : 1,1.

FП = 1,5 • FСТ / 1,1 = 1,5 • 50,7 / 1,1 = 69,1 (см2);

FШ = 1,3 • FСТ / 1,1 = 1,3 • 50,7 / 1,1 = 59,9 (см2).

В зависимости от площади поперечного сечения определяем размеры шлакоуловителя.

FШ = (bВ + bН)/2 • h; bВ = 0,8bН; h = 1,4bН; FШ = ;

bН =.

Размеры шлакоуловителя: bВ=0,8 bН=55 мм, bН=69 мм, h=1,4bН=97 мм.

Принимаем использование трёх питателей прямоугольного сечения. При площади поперечного сечения

FП = 69,1/3 = 23 (см2)

размеры питателя а=6,8см, h=3,4 см.

Для заливки металла выбираем нормализованные воронки, размеры которой выбирают в зависимости от диаметра стояка и с учетом обеспечения нормальной заливки формы.

Диаметр стояка:

Диаметр воронки:

DВ=3dСТ=3•80=240 мм.

Высота воронки

HВ=DВ=240 мм.

1.10 Определение температуры расплава при заливке в форму

Для обеспечения хорошей заполняемости формы и получения качественных отливок необходимо выдерживать определенную температуру заливаемого расплава, которую выбирают в зависимости от вида сплава и характера отливки.

Таблица 11. Температура расплава

Сплав	Характеристика отливок	Температура расплава, єС	Сплав
Высоколегированная сталь	Крупные	1540	1420

1.11 Выбор состава формовочной смеси и стержневой смеси, способа уплотнения формы и изготовления стержней

Формовочные смеси, используемые при производстве стальных отливок, должны обладать высокой прочностью и термохимической устойчивостью, поскольку температура заливки стали значительно выше температур заливки других литейных сплавов. При изготовлении форм для крупных отливок из высоколегированных сталей применяют смеси на основе цирконового концентрата, хромомагнезита или хромита.

При формовке по сырому крупных форм используют облицовочную и наполнительную смеси. В облицовочные смеси для формовки по-сухому, особенно форм для тонкостенных сложных отливок, в целях повышения податливости добавляют опилки или торфяную крошку. Наполнительную смесь обычно не освежают; она представляет собой оборотную смесь.

К стержневым смесям предъявляют более высокие требования в отношении прочности, газопроницаемости, податливости, выбиваемости и огнеупорности. Стержневые смеси выбирают в зависимости от конфигурации и размеров стержней, положения их в форме, заливаемого сплава и толщины стенки отливки.

Таблица 12. Песчано-глинистые формовочные смеси, применяемые при изготовлении форм для стальных отливок

Смесь	Толщина стенки отливки, мм	Массовая доля составляющих, %	Характеристика смеси
		Оборотная смесь	Кварцевый песок	Глина	КБЖ	Зерновая группа формовочного песка	Влажность, %	Газопроницаемость, единицы	Прочность на сжатие во влажном состоянии, кПа
Облицовочная для формовки по сырому при массе отливки
780 кг (>500)	25	60-40	33,5-51,0	6-8,5	0,3-0,5	02, 0315	4,5-5,5	100-130	50-70
Единая для формовки по сырому при массе отливки
780 кг (500-1000)	50	60-40	33,0-49,5	6,5-9,0	0,5-1,5	02, 0315	5,0-8,0	100-120	50-80

Стержни изготовляют в специальном отделении литейного цеха, которое называется стержневым. Стержни получают в ящиках, уплотняя смесь вручную либо на машинах, используя в основном пескодувный и пескострельный методы, реже встряхивание.

Для увеличения прочности стержней в них устанавливают металлические каркасы. Каркас не должен ухудшать податливость стержня, его вентиляцию, а также выбиваемость. С этой целью его укладывают на определенном расстоянии от поверхности. Каркас может быть изготовлен из проволоки или в виде литых рамок. Проволочный каркас используют в средних стержнях, имеющих небольшие сечения (стержни I и II классов), рамки -- в крупных массивных (стержни III-V классов).

Таблица 13. Типовые составы стержневых смесей для чугунного и стального литья

Класс стержней	Типы стержней	Состав смеси (массовая доля, %)	Влажность	Газопроницаемость	Предел прочности, кгс/см2
		Кварцевый песок	Формовочная глина	Отработанная смесь	Древесные опилки			на сжатие (по сырому)	на разрыв (по сухому)
III	Стержни коробок редукторов, картеров, среднего станочного литья и др.	97-98	3-2	-	-	3,5-4,5	Св. 100	0,12-0,20	5-7
V	Стержни станин, изложниц и др.	40-70	8-4	48-43	4-3	5,5-6,5	Св. 70	0,25-0,35	Св. 1,5

Для стального литья применяется кварцевый песок класса 1К, группы 025; для особо крупных стержней - кварцевый песок группы 0315.

Стержни, за исключением химически твердеющих, после изготовления сушат. С этой целью их устанавливают на плоскую или фасонную сушильную плиту и подают в сушило.

Склеивают стержни и исправляют дефекты вручную с помощью специальных приспособлений. Затем их окрашивают ровным слоем толщиной не более 1-1,5 мм (с помощью пульверизатора или окунанием) и после подсушки подают на склад, а оттуда на сборку.

Для изготовления средних и крупных форм и стержней целесообразно применять пескометы, так как производительность пескометов составляет обычно не менее 10-12 м3/ч формовочной смеси. Степень уплотнения смеси по высоте опоки практически одинаковая. Пескометы только заполняют опоки смесью и уплотняют ее. Другие операции формовки они не выполняют.

1.12 Сборка форм

Тщательность сборки в значительной мере определяет точность геометрических размеров отливки, образование заливов и трудоёмкость обрубки.

Сборку начинают с установки нижней полуформы на заливочную площадку или тележку конвейера. Затем из полости полуформы сжатым воздухом выдувают сор и пыль, попавшие при извлечении модели и ремонте полуформы. В чистую полость полуформы в определённой последовательности устанавливают стержни. Устойчивое положение стержней в форме обеспечивается знаками.

Правильность установки стержней проверяют контрольными шаблонами и другими приспособлениями, которые входят в состав модельного комплекта. Одновременно со стержнями, когда это необходимо, устанавливают внутренние холодильники и строго их фиксируют относительно стенок формы и стержней. Затем проверяют все элементы литниковой системы, устанавливают фильтровальные сетки, очищают от загрязнения выпоры. После этого нижнюю полуформу накрывают верхней. Точность совмещения нижней и верхней полуформ обеспечивается стационарными или съёмными контрольными штырями. Для предотвращения подъёма верхней полуформы под действием статического давления металла её скрепляют с нижней полуформой.

1.13 Выбор способа заливки формы и расчёт продолжительности охлаждения отливки в форме

Для заливки стали в формы выбираем крановый барабанный ковш вместимостью 3000 кг. Основные размеры ковша (без футеровки):

- диаметр верхний - 1070 мм;

- общая высота или длина барабана - 1090 мм;

- расстояние от низа до оси цапф - 545 мм;

Масса ковша с футеровкой 1900 кг.

Регламентирование времени охлаждения отливок в формах диктуется необходимостью обеспечения полного затвердевания расплава, исключения образования некоторых усадочных дефектов, получения требуемой структуры металла отливок. Для стали ускорение её затвердевания благоприятно влияет на формирование структуры.

Таблица 14. Зависимость продолжительности охлаждения в форме отливок из углеродистой стали до выбивки из форм от их массы

Масса отливки, кг	Время охлаждения, ч
780 (401-800)	4-8

Время отвода в форму тепла перегрева определим по формуле:

,

где - теплоёмкость металла при заливке, кДж/(кг•К); -плотность металла при заливке, кг/м3; - начальная температура металла при охлаждении, °С; R-приведённый размер тела, м; - коэффициент аккумуляции теплоты формой; - температура ликвидус, °С; - начальная температура формы, °С; - время заливки металла, с.

Начальная температура металла при охлаждении определяется по формуле:

,

где - температура заливаемого металла, °С.

Приведённый размер формы определим по формуле:

,

где V0 - объем отливки, м3; F0 - площадь поверхности отливки, м2.

.

Коэффициент аккумуляции теплоты формой найдем по формуле:

,

где лф - коэффициент теплопроводности материала формы, лф=0,69 Вт/(м•К);

сф - теплоёмкость материала формы, сф=860 Дж/(кг•К); сф - плотность материала формы, сф=1165 кг/м3.

Время затвердевания до заданной температуры определяется по формуле:

,

где L - удельная теплота кристаллизации металла, кДж/кг; vКР - температурный напор.

Температурный напор определяется по формуле:

vКР = t0 - tП = 400 - 150 = 250°С = 523 К,

где t0 - конечная температура отливки, t0 = 400°С; tП - температура внешней поверхности формы, tП = 150°С.

2. ФИНИШНЫЕ ОПЕРАЦИИ

К числу финишных операций относят выбивку, очистку, обрубку, зачистку отливок, их термическую обработку, контроль и исправление дефектов.

Отметим, что трудоемкость финишных операций составляет более трети трудоемкости всего процесса изготовления отливки. Причем объем этих работ в большой степени зависит от качества формовочных материалов, качества форм и стержней, состояния модельно опочной оснастки.

2.1 Выбивка отливок и удаление стержней

Выбивка форм. Обычно эту операцию выполняют на механических выбивных решетках (рис. 3), которые по принципу действия классифицируют на эксцентриковые (рис. 3, а), инерционные (рис. 3, б) и инерционно-ударные (рис. 3, в). Решетка 1 с литейной формой 4 с помощью привода 3 и опорной пружины 2 совершает колебательное движение. В каждом цикле колебаний решетки форма подбрасывается вверх и затем, падая, ударяется о решетку или опорную раму 5. В момент соударения под действием сил инерции форма разрушается. Выбитая из опоки формовочная смесь проваливается через решетку и системой конвейеров передается к месту ее переработки для повторного использования.

Рис. 3. Выбивные решетки

В механизированных цехах применяют специальное оборудование или комплексные механизированные и автоматизированные установки. Для выбивки отливок выбираем двухвальную инерционную решетку.

Таблица 15. Техническая характеристика выбивных решеток

Решетка	Модель	Грузоподъёмность, т	Размер полотна, мм
Выбивная транспортирующая	31245	10,0	4500Ч2500

Для удаления стержней из отливок и очистки их от остатков отработанной формовочной смеси применяют электрогидравлические установки и гидравлические камеры. В проекте для удаления стержней из отливки принимаем гидравлические камеры.

Таблица 16. Техническая характеристика гидравлических камер периодического действия с дистанционным управлением мониторами

Модель	Внутренние размеры камеры, мм	Грузоподъемность тележки, т	Диаметр поворотного стола, мм	Производительность, т/ч
37116	9000Ч4500	50Ч2	2900	3,0-6,6

2.2 Обрубка отливок

После выбивки из форм отливки обычно обрубают и очищают.

Обрубка отливки заключается в отделении от нее прибылей, литников, выпоров и в удалении заливов по месту сопряжения полуформ или в области стержневых знаков. Обрубают отливки с помощью молотков и пневматических зубил, абразивных кругов и прессов, ленточных и дисковых пил, также используют дуговую, газовую или анодно-механическую резку. В некоторых случаях прибыли отрезают на токарных станках.

Пригар на поверхностях отливок существенно затрудняет отрезку литников и прибылей. В таких случаях перед обрубкой отливки вместе с литниками и прибылями очищают.

2.3 Очистка отливок

Очистка отливок. Для удаления пригара и улучшения поверхностей отливки подвергают очистке галтовкой, дробеструйной, дробеметной, вибрационной и электрохимической обработке.

Чугунные и стальные отливки обычно подвергают дробеметной очистке. На очищаемую поверхность дробь подается метательными головками 1 в виде турбинок, вращающихся с частотой до 3000 об/мин. Дробь, выбрасываемая большой центробежной силой, ударяется о поверхность отливок 2 и очищает ее (рис. 8). Дробеметная очистка более производительна, чем дробеструйная. Она осуществляется в дробеметных очистных барабанах и камерах.

В дробеметных камерах очищают отливки массой более 50 кг. Отливки устанавливают на вращающиеся очистные столы или подвешивают на вращающиеся подвески 3 (рис. 4). Очистка происходит внутри камеры 4. В массовом производстве применяют проходные дробеметные камеры непрерывного действия, а при небольшом объеме производства отливок - тупиковые дробеметные камеры периодического действия.

Остатки смеси и пригар на внутренних поверхностях чугунных и стальных отливок, труднодоступных при дробеметной очистке, успешно удаляют электрохимической обработкой.

Рис. 4. Схемы дробеметной очистки отливок

Очистку отливок в проекте буду осуществлять конвейерной очистной камерой непрерывного действия с вращающимися подвесками.

Таблица 17. Техническая характеристика очистного оборудования

Оборудование	Модель	Максимальные размеры отливок, мм
Камера очистная дробемётная периодического действия	42817	2500Ч3000

2.4 Зачистка отливок

Зачистку отливок проводят с целью удаления мелких заливов, остатков прибылей и литников, а также других неровностей и выступов на поверхности отливки. Эту операцию выполняют с помощью абразивных кругов, установленных на различных станках. Отливки массой до 10 кг зачищают на стационарных шлифовальных станках. Для очистки отливок большей массы применяют подвесные, маятниковые или переносные станки. В массовом производстве мелких и средних отливок нашли применение полуавтоматические и автоматические станки и линии, обеспечивающие повышение производительности обработки в 5-10 раз. Отливки из вязких сплавов - сталей, ковкого чугуна, бронзы и алюминиевых сплавов - зачищают корундовыми шлифовальными кругами, а отливки из хрупких сплавов, например серого чугуна - карборундовыми.

Наиболее прогрессивным оборудованием для зачистки отливок являются механизированные комплексы, а также ряд специализированных установок.

В проекте для абразивной зачистки отливок принимаю механизированный комплекс модели 99911М.

Таблица 18. Техническая характеристика механизированных комплексов для абразивной зачистки отливок

Параметр	Модель комплекса
	99912М
Съем металла, кг/ч, при скорости резания, м/с: 40 80 Максимальные размеры обрабатываемых отливок, мм Максимальная масса обрабатываемых отливок, кг Мощность, кВт Масса, т	25 100 3000Ч Ч1000Ч Ч1000 5000 37/55 15,0

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Михайлов A.M., Бауман Б.В. Литейное производство: Учебник для металлургических специальностей вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987. - 256 с., ил.

2. Киселёва Н.А. Методическое пособие по выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения специальности 110100 “Металлургия черных металлов”. СТИ, Старый Оскол 2003, 76 с.

3. Липницкий А.М., Морозов И.В. Справочник рабочего-литейщика. Л., Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1976. - 344 с., ил.



Размещено на Allbest.ru

...