Технология производства отливки "Бульбазавр"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Разработан технологический процесс создания изделия «Бульбазавр».

Выбраны: способ получения отливки в ЛВМ,

Созданы и рассчитаны: модельный комплект, шихта, элементы ЛПС.

Произведён анализ литейных процессов формирования отливки.

Введение

Литьем (или литейным производством) называют метод производства, при котором изготовляют фасонные заготовки деталей путём заливки расплавленного металла в заранее приготовленную литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки детали. После затвердевания и охлаждения металла в форме получают отливку-заготовку детали. Основной задачей литейного производства является изготовление литейных сплавов отливок, имеющих разнообразную конфигурацию с максимальным приближением их формы и размеров к форме и размерам детали (при литье невозможно получить отливку, форма и размеры которой соответствует форме и размерам детали).

Литье - один из старейших способов получения заготовок (в ряде случаев и готовых деталей). Первым литейным заводом в России был пушечно-литейный завод «Пушечная изба», построенный в Москве в 1479 г.

Литьем можно получать заготовки практически любой конфигурации с массой от долей грамма до сотен тонн относительная простота и невысокая стоимость технологической оснастки; возможность получения изделий из малопластичных материалов (чугуны, силумины, литейные бронзы и латуни), переработка которых другими способами затруднена или невозможна.

Для получения изделий высокого качества применяют сплавы, обладающие необходимыми литейными свойствами: достаточной жидкотекучестью, малой усадкой, однородностью, легкоплавкостью, малой газопоглощаемостью, трещиноустойчивостью и некоторыми другими.

1.Разработка литейной технологии

1.1 Геометрическое моделирование изделия

Модель «Медведь» была найдена в интернете в банке 3D моделей

Рис.3 Рис.4

1.2 Математическое описание свойств материала

Назначаем материал изделия - БрОЦС5-5-5 ГОСТ 613-79. БрОЦС5-5-5 -сплав бронзы с оловом, содержащий 85% меди,5% цинка,5%, свинца,5% олова.

Сплав БрОЦС5-5-5 - литейная бронза, обладающая универсальными эксплуатационными параметрами. С одной стороны, она имеет красивый цвет и жидкотекучесть, может использоваться для отливки декоративных предметов интерьера. С другой стороны, цинково-свиновая оловянистая бронза БрОЦС5-5-5 прекрасно режется, прочна, стойка к трению и высоким температурам, служит отличным сырьем для изготовления труб и втулок для ответственных механизмов.

Таблица 1

Физические и технологические свойства БрОЦС5-5-5 ГОСТ 613-79

Табл.2

Температура плавления бронзы БрОЦС5-5-5 составляет 1110 є

Бронза БрОЦС5-5-5, благодаря своим отличным антикоррозионным и антифрикционным свойствам, востребована в тяжелой и металлургической промышленности. Из нее изготавливают разнообразные детали для ответственных узлов и механизмов, способные долгое время работать в условиях трения и повышенных механических нагрузок.

Бронза БрОЦС5-5-5 используется для получения следующих изделий: изготовление скульптур, художественных изделий и памятников. Долговечность бронзы - важнейшее качество, благодаря которому она незаменима в качестве сырья для литья памятников и скульптур. В торжественных залах, дворцах и театрах в основном используются именно бронзовые люстры, канделябры и другие высокохудожественные изделия. Для получения отливки будет использоваться литье в ЛВМ.

Литье по выплавляемым моделям, широко применяемое в машиностроении при изготовлении тонкостенных сложных по конфигурации отливок, является наиболее распространенным методом получения мелких художественных отливок. Этот метод имеет долгую историю.

Хорошо известны примеры литья пушек, колоколов, скульптуры с применением моделей, изготовленных из воска.

Технология литья по выплавляемым моделям имеет ряд специфических особенностей:

-- модель служит для получения только одной отливки, потому что вытапливается в процессе изготовления формы;

-- металл заливают в тонкостенные неразъемные формы, получаемые путем нанесения огнеупорного покрытия на модель, сушки покрытия, удаления (вытапливания) модели и последующего прокаливания формы;

-- формовочная смесь представляет собой суспензию, состоящую из мелкозернистого огнеупорного материала и связующего раствора;

-- применение мелкозернистых пылевидных огнеупорных материалов обеспечивает очень высокое качество поверхности отливки;

-- высокая точность отпечатка модели достигается путем повышения температуры заливаемого металла, что требует использования высокоогнеупорных формовочных и связующих материалов.

Так, при создании восстановительной атмосферы в форме во время заливки металла высота микронеровностей на поверхности стальных отливок толщиной от 10 до 40 мм снижается с 10--160 до 5--80 мкм.

Схема изготовления по выплавляемым моделям мелких деталей в условиях крупносерийного и массового производства представлена на рис. 11

На модельный блок (модель и ЛПС) наносят суспензию и производят обсыпку, так наносят от 6 до 10 слоёв. С каждым последующим слоем фракция зерна обсыпки меняются для формирования плотной поверхности оболочковой формы. Сушка каждого слоя занимает не менее получаса.



Рис. 5 Изготовление мелких отливок по выплавляемым моделям

Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде, в модельном составе, выжиганием, паром высокого давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре примерно 1000°С для удаления из оболочковой формы веществ способных к газообразованию. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000 °С. Нагретый блок устанавливают в печь и разогретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате или на воздухе. Когда блок полностью охладится его отправляют на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше производится отбивка керамики, далее отрезка ЛПС. Таким образом получаем отливку. Литьё по выплавляемым моделям (ЛВМ) позволяет получать самые сложные по конфигурации отливки с высокой точностью, с минимальной толщиной стенок и шероховатостью поверхности. Преимущества этого способа: -возможность изготовления деталей из сплавов, не поддающихся механической обработке; -получение отливок с точностью размеров до 11 --13 квалитета и шероховатостью поверхности Ra 2,5--1,25 мкм, что в ряде случаев устраняет обработку резанием. Вследствие этого за счёт сокращения механической обработки снижается стоимость готового изделия; -возможность получения узлов машин, которые при обычных способах литья пришлось бы собирать из отдельных деталей. Литье по выплавляемым моделям используют в условиях единичного (опытного), серийного и массового производства.

1.3 Выбор плавильного оборудования и расчет шихты

Для приготовления расплавов, применяемых для заливки форм художественных и архитектурных отливок, используют различные плавильные печи. В процессе работы плавильные печи должны обеспечивать получение расплава заданного химического состава, соответствующей температуры и жидкотекучести; минимальный угар расплава и минимальное насыщение его вредными примесями; низкий расход топлива и максимальную производительность.

Сплавы меди легко насыщаются водородом, особенно если эти сплавы содержат кислород («водородная болезнь»). Водород при затвердевании сплава выделяется в виде пузырьков. Чтобы избежать подобных пороков на отливках, плавку производят под слоем предохраняющего флюса из сухого древесного угля и различных солей (буры, 16 поваренной соли, безводной соды и др.). Обязательной стадией плавки меди является раскисление, для которого чаще всего применяют фосфористую медь.

Выбор плавильного оборудования определяется требованиями к качеству и себестоимости художественных отливок. Для плавки сплавов на медной основе и драгоценных металлов наибольшее распространение получили простые тигельные печи с графитовыми или графи- то-шамотными тиглями, нагреваемые теплом от горения твердого или газообразного топлива емкостью до 30 кг, а также электрические печи сопротивления и индукционные тигельные печи емкостью от 5 до 200 кг. [2]

Масса жидкого G= 7.9 кг, температура плавления сплава составляет 1110є для выплавки нам подходит электрический тигель.



Рис. 6 Рис.7

Электротигели очень популярны среди ювелиров, когда объемы плавки и переработки золота небольшие, то муфельная печь совершенно не нужна, ведь можно использовать гораздо более эффективное оборудование. Особенность электрических тигелей или иначе называемых плавильных печей в том, что полезный объем рабочего пространства считается не в литрах, а в килограммах. Выпускают электротигели объемом от 500 грамм до 1000-и килограмм и температурой плавления до 1200 градусов.

Основу плавильной электропечи составляет металлический корпус, внутри которого размещена камера (шахта) печи футерованная легковесными огнеупорами. В шахте, с четырех сторон, расположены нагреватели, в виде спиралей, намотанные на керамические трубки.

Благодаря этому, в тепловой камере, происходит равномерный нагрев, что позволяет производить плавку металла более качественно. Загрузка исходного материала осуществляется сверху в тигель.

Оборудование комплектуется тиглем из графита либо жаропрочного металла, в зависимости от температуры и технологических операций.

Высокотемпературные электротигли (плавильные печи)
Емкость в кг	Макс температура, єС
100 (свинец)	400
200 (свинец)	400
300 (свинец)	400
1000 (свинец)	400
30 (алюминий)	800
100 (алюминий)	800
10 (цинк)	1100
0,5 (золото)	1200
1 (золото)	1200
2 (золото)	1200
3 (золото)	1200
5 (золото)	1200
3 (бронза)	1200

Электронный блок управления собран на базе ПИД-регулятора и по желанию заказчика может располагаться на боковой панели оборудования или быть автономного типа. Благодаря своим небольшим размерам электрический тигель сопротивления незаменимый помощник в небольшой мастерской для плавки драгоценных металлов. Особенность оборудования в быстром нагреве и практически любых выпускаемых размерах.

Таблица 3 Характеристика.

Диапазон температур: 50ч1200°С Время нагрева - 60 минут Размеры рабочей чаши, мм: диаметр - 200 глубина - 400 Габаритные размеры, мм: ширина - 400 длина - 500 высота - 600 Масса, кг - 15 Точность задания температуры - ±1° С



ЭТ-0,7х1,5/12 Рис.8 [5]

1.4 Расчет шихты из первичных металлов

Сплав БрОЦС5-5-5 613-79, при плавке в тигельной печи угар элементов составляет Sn 1,5 %, Zn 2,5%, Pb 1,2%, Cu 1%. Расчет производим на 100 кг сплава. [2]

Таблица 5

Состав сплава	Элементы
	Sn	Zn	Pb	Cu	Всего
По ГОСТ или ТУ, % Принятый к расчету, % Принятый к расчету, кг Угар, % Угар, кг	4-6 5 5 1,5 0,07	4-6 5 5 2,5 0,10	4-6 5 5 1,2 0,06	Ост 85 85 1 0,85	100 100 100 1,08
Расчетный состав шихты с учетом угара, кг	5,07	5,1	5,06	85,85	101,08

1.5 Выбор и расчёт элементов ЛПС

Литниково-питающая система (ЛПС) служит для обеспечения заполнения литейной формы металлом с оптимальной скоростью, исключающей образование в отливке недоливов и неметаллических включений, и компенсации объемной усадки в период затвердевания отливки с получением в ней металла заданной плотности. ЛПС должна также удовлетворять требованиям технологичности при изготовлении моделей, форм и отливок. При этом необходимо стремиться к созданию по возможности компактных ЛПС.

Она должна обеспечить правильное распределение металла в полости формы, не допустив проникновения инородных тел (шлака, огнеупора), разрушения формы, а также завихрения и разбрызгивания металла. Литниковая система, кроме того, должна способствовать созданию такого теплового режима в форме и отливке, при котором в процессе затвердевания и охлаждения металла не развивались бы дефекты усадочного происхождения. Для детали «Медведь» используем первый тип ЛПС - центральный стояк. Ниже представлена схема технологического процесса изготовления отливок по выплавляемым моделям



Т и п I. Центральный стояк. Такие ЛПС применяют при изготовлении отливок массой до 1,5 кг. Блок моделей можно собирать из отдельных звеньев (рис. 2.8, I, а), монтируемых на стояке. В этом случае стояк служит центральным элементом при сборке моделей и прибылью для питания отливок. При изготовлении тонкостенных отливок, модели которых могут деформироваться, стояк является опорным элементом (рис. 2.8, I, б, в, г).

Сборку такого блока моделей осуществляют с помощью пайки. Расплав подводится в массивные узлы отливок.. В ГОСТ 19551-74…ГОСТ 19554-74 для отливок из углеродистой стали и медных сплавов приведены основные размеры и сечения центрального стояка.

Расчеты размеров элементов ЛПС для отливок, изготовляемых в оболочковых формах по выплавляемым моделям, основаны на соблюдении принципа последовательного затвердевания.

На практике наибольшее применение получили два способа расчета: по приведенным толщинам (модулям охлаждения) и диаметрам вписанных сфер. Оба способа расчета основаны на обобщении и использовании экспериментальных и производственных данных.

Способ приведенных толщин разработан М. Л. Хенкиным для ЛПС I типа. Для оценки относительной продолжительности затвердевания различных по форме тел вводится понятие приведенной толщины элемента:

д_о = V_o/S_o=85207,676/19759,725=4,3 (рис.7)

где V_o - объём охлаждаемой отливки или её теплового узла; S_o - площадь поверхность охлаждения.

Рис.10 Рис. 11

Приведенная толщина приравнивает, в первом приближении, отливку типа бруса или компактного тела по относительной скорости охлаждения к плоской стенке соответствующей толщины. Качественные отливки можно получить только при условии:

д_ст > д_п > д_о,

где:

д_о=F_o/P_o-модуль охлаждения отливки или ее массивного узла

д_п=F_п/Р_п -отношение площади сечения питателя F_п к его периметру Р_п)

д_ст =F_ст/Р_ст - модуль охлаждения сечения стояка (отношение площади сечения стояка F_ст к его периметру Р_ст)

Модуль охлаждения сечения питателя д_п=F_п/Р_п (отношение площади сечения питателя F_п к его периметру Р_п) определяют по эмпирической формуле(1),

где д_о=F_o/P_o -- модуль охлаждения отливки или ее массивного узла

(отношение площади сечения отливки или ее массивного узла F_о к периметру Р_о); G -- масса отливки, г;

l_п - длина питателя, мм;

7Ч(Ч)/8,75=5,02 мм

д_{ст==8,75 мм}

k - коэффициент пропорциональности.

д_ст > д_п > д_о

8,75>5,02>4,3

д_п=F_п/Р_п (отношение площади сечения питателя F_п к его периметру Р_п)

F- площадь; P-периметр;

F=aЧb,

P=2a+2b;

Где а=35 мм- длина сечения питателя;

b (высота питателя-неизвестно)

Подставим значения в формулу :

5,02=;

35b=5,02(70+2b);

35b=350+10b

25b=350

b=14, cледовательно высота питателя=14 мм;

Подставим b в формулы нахождения площади и периметра:

F=35Ч14=490

P=2Ч35+2Ч14=98 мм

Подставим значения в формулу нахождения уп:

=5

уп = 5,02

По формуле (1) рассчитаны размеры ЛПС для большого числа стальных отливок

По заданной массе отливки, используя табл.3, необходимо определить д_о и выбрать значение l_п из условий сборки блоков моделей и отрезки отливок. В среднем при G <0,5 кг l_п = 4…10 мм, при 0,5<G<1,5 кг l_п = 8…12 мм. Затем по табл. 6, пользуясь известными G, д_о, l_п, находят диаметр стояка D_ст и размеры питателя. В разностенных отливках с массивными частями модуль охлаждения д_о можно рассчитывать только по размерам массивной части, примыкающей к питателю. [2]

1.5 Компьютерное проектирование формирования отливки

К наиболее трудоемкой и сложной в изготовлении технологической оснастке литейного производства относится модельный комплект.

Модельный комплект -- это совокупность приспособлений, предназначенных для получения рабочих полостей в литейной форме; включает литейную модель, стержневые ящики, модели элементов литниковой системы.

1)Питатель - прямой канал, предназначенный для непосредственного подвода металла к рабочей полости литейной формы.

Практикой установлено, что наилучшая конфигурация поперечного сечения питателей -- трапеция с переходом в широкий прямоугольник в месте сопряжения с отливкой.

Для лучшего отделения питателей от отливок, в случае если толщина ее тела меньше полуторной высоты питателя в месте его подвода к отливке, на питателях на расстоянии 2--2,5 мм от отливки делают пережим.

2)Стояк - представляет собой вертикальный (реже наклонный) прямой или изогнутый канал для подачи расплава из чаши (или воронок) к другим элементам литниковой системы.

3)Литниковая чаша - предназначена для приема струи жидкого металла и направления его в стояк или непосредственно в рабочую полость литейной формы. Для кокилей чаще применяют воронку.

Конусность стояка 2--4%. При изготовлении крупных отливок стояк и другие элементы литниковой системы часто выполняют из стандартных шамотных трубок-кирпичей.

1) На поверхности сбоку от платформы создаем эскиз прямоугольной формы 35Ч9 (Рис.12) и командой «Вытянутая бобышка» вытягиваем питатель на 30 мм. (рис.13) предварительно выполнив команду «Тело-переместить-копировать», вращением по оси х на 270є.(Рис.14)

Рис.12 .13



Рис.14

2)Создаем эскиз окружности диаметром 35 мм и с помощью команды «Вытянутая бобышка» вытягиваем окружность в два направления: вверх на 50мм, вниз на 30мм. (Рис. 15)

Рис.15

5) На верхней части стояка создаем эскиз воронки и с помощью команды «Повернутая бобышка» поворачиваем вокруг оси. (Рис.16)

Рис. 16

6) На нижней части стояка создаем эскиз и с помощью команды «Повернутая бобышка» поворачиваем вокруг оси. (Рис.17)

Рис.17

7) Для моделирования литейной формы первым этапом нам потребуется совершить операцию «Круговой массив» Рис.18

рис.18

8) Последний этап создания модельной елки заключается в операции «Линейный массив» Рис.19

Рис.19

9) Таким образом выглядит готовая для отливки литейная форма фигуры «Медведь» Рис.20

Рис.20

1.6 Проектирование отливки

На рис. 20 приведена отливка «Медведь» с литниковой системой. К подводящим элементам литниковой системы относятся, питатели 1, стояк 2, литниковая чаша 3. Эти элементы должны обеспечивать заданный расход металла, определенную линейную скорость его движения и задерживать шлак.

1. Удалить питатель абразивным кругом.

2. Провести абразивную зачистку места крепления.

3. Покрыть модельным матовым лаком(Т 18)

Чертеж отливки



Чертеж 1

2. Назначение режимов моделирования и граничных условий

Получение качественных литых заготовок -актуальная проблема литейного производства. Сложность, многофакторность и стохастичность процесса получения отливок требуют поиска новых решений данной задачи.

В курсовой работе для компьютерного моделирования и анализа литейных процессов использовался программный пакет LVM Flow.

LVMFlow - это профессиональная система компьютерного 3D моделирования литейных процессов . Программный комплекс LVMFlow явился результатом дальнейших исследований и разработок в области компьютерного моделирования литейных процессов. В основе его лежит уже известный программный продукт LVM3d, но значительно расширенный и переработанный.

В системе организован банк теплофизических свойств материалов, а также диаграмм состояния сплавов. В банк материалов занесены наиболее часто применяемые формовочные материалы, огнеупоры, изоляционные материалы, и металлы. Информация по сплавам классифицируется следующим образом: углеродистые стали, легированные стали, чугуны, силумины, бронзы, никелевые сплавы. Банк свойств материалов пользователь может пополнять самостоятельно. Уникальна база данных LVM Flow: в качестве информации здесь задается химический состав материала.

Теплофизические параметры, используемые при моделировании процесса затвердевания, рассчитываются на основе диаграмм состояния и являются функциями температуры.

Проектирование отливки в программе LVMFlow:

1) Открываем исходный файл в «3D конверторе» программного пакета SOLIDWORKS , предварительно сохраненный в формате «STEP»



Рис. 21 «3D конвертер»

2)Создаём оболочку толщиной 4 мм(рис.22)

Рис.22 Параметры оболочки

3) Фиксируем ориентацию и строим сборку по рассчитанным параметрам ЛПС. (рис.23)

Рис.23

4)Сохраняем в формате «.cvg».

5)Следующим шагом является задание начальных условий рис. 24

Для этого необходимо открыть уже сконвертированный файл, создать модель, применить параметры сеточной модели.

.

Рис.24 Начальные условия. 26

Задаем необходимые материалы отливки, материалы формы, среды полости. Рис.25

Рис.25 Задаем материал форм - керамика

Рис. 26

Задаем вид сверху и указываем положение литниковой точки рис. 27.

Рис.27 Указание положения литниковой точки

На вкладке «Технология» в строке «Тип заливки» выбираем «Гравитационное литье (струя)», назначаем диаметр струи 55 мм, не превышая диаметра стояка.

Рис.28 Задание параметры заливки металла

После указания литниковой точки и задания необходимых параметров файл сохраняется в специальную папку, программа делает это автоматически. Далее нам необходимо отправить полученный файл на решение, для этого мы запускаем полную задачу и запускаем решение.

Следующий этап- это запуск полной задачи. Завершающим этапом является просмотр результатов. Для этого необходимо открыть банк паспортов и открыть файл. Выводы по процессу отливки «Бульбазавр».

Усадка образовалась только на животе и выходит наружу, эту проблему нужно искоренить.

Рис 29.Усадка

Для разрешения проблемы с усадкой, создадим питающую бобышку (прибыль) на животе у «Бульбазавра»

Дополнительно подняли температуру керамики и песка до 800 є

Рис.30



Рис.31 Вторая питательная бобышка на животе

3. Анализ результатов и выводы по моделированию

Смотрим результаты усадки

Рис.32

7)Время затвердевания (Рис.33)

Время затвердевания, примерно, составило 56 минут.

Благодаря питательной бобышке(прибыли) мы смогли залить фигурку «Бульбазавр» без серьезного процента усадки на поверхности детали.

Заключение

В результате курсовой работы был разработан технологический процесс художественного литья изделия "Бульбазавр".Благодаря изменению параметров мы добились качественной заливки без усадки.

Библиографический список

отливка моделирование технологический

1. Зотов Б.Н. Художественное литье: Учеб. пособие для учащихся средних профессионально-технических училищ.-- машиностроение, 1988. -- 304 с.

2. LVMflow http://www.lvmflow.ru/index.php/lvmflow-68096

3. Моделирование систем [Текст] : учеб. / Б. Я. Советов, С. А. Яковлев. - 6-е изд., стер. - М. : Высш.шк., 2009. - 343 с. : граф., схем. - Библиогр.: с. 340-341. - ISBN 978-5-06-006173-4

4. Компьютерные технологии,моделирование и автоматизированные системы в машиностроении [Текст] : учеб. / А.А.Черепашков,Н.В.Носов. - Волгоград : ИН-ФОЛИО, 2009. - 591 с. : ил. - (Высш.проф.образование). - ISBN 978-5-903826- 22-3

Размещено на Allbest.ru

...