Проектирование литой заготовки (отливки)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО УрГУПС)

Кафедра «Проектирование и эксплуатация автомобилей»

Расчетно-графическая работа

«Проектирование литой заготовки (отливки)»

По дисциплине «Технология конструкционных материалов»

Екатеринбург 2019

Содержание

Введение

1. Характеристика литья в песчано-глинистые формы

2. Характеристика материала отливки и технические требования

3. Расчет отливки

3.1 Исходные данные

3.2 Выбор положения отливки в форме с указанием плоскости разъема модели и формы

3.3 Определение класса размерной точности отливки и класса размерной точности

3.4 Определение технологических напусков

3.5 Определение размеров стержней, их контуров и знаковых частей

3.6 Расчет модели

3.7 Подбор опок

4. Графическая часть

4.1 Чертеж детали

4.2 Чертеж отливки, выполненный на чертеже детали

4.3 Чертеж стержня

4.4 Чертеж модели

4.5 Чертеж вертикального разреза формы в сборе

Список источников

Введение

Литейное производство -- отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных деталей и заготовок путём заливки расплавленного металла в форму, полость которой имеет конфигурацию требуемой детали.

В процессе литья, при охлаждении металл в форме затвердевает и получается отливка -- готовая деталь или заготовка, которая при необходимости (повышение точности размеров и снижения шероховатости поверхности) подвергается последующей механической обработке. В связи с этим перед литейным производством стоит задача получения отливок, размеры и форма которых максимально приближена к размерам и форме готовой детали. В машинах и промышленном оборудовании от 50%-ти до 95%-ти всех деталей изготовляют способом литья в землю.

Для изготовления отливок в разовых песчаных формах необходима специальная литейная оснастка, от конструкции и качества которой в значительной мере зависит качество и трудоемкость производства литья.

Литейная оснастка по своей роли в процессе изготовления отливок подразделяется на формообразующую (основную) и универсальную (вспомогательную).

Формообразующая оснастка представляет собой модельный комплект, в который входят: модели, стержневые ящики, элементы литниковой системы, модельные плиты, шаблоны для изготовления форм и стержней.

Модель - приспособление для получения внутренних рабочих поверхностей в литейной песчаной форме, которые после заполнения расплавом образуют отливку.

1. Характеристика литья в песчано-глинистые формы

Литье - метод изготовления фасонных заготовок деталей путем заливки расплавленного материала в приготовленную литейную форму, полость которой имеет требуемую конфигурацию.

После затвердевания и охлаждения материала в форме получают заготовку детали, называемую отливкой.

В качестве литейных материалов применяются металлы и их сплавы, а также пластмассы.

В литейном производстве лидером является литье в песчано-глинистые формы, поскольку это простой, дешевый промышленный способ получения заготовок, позволяющий получать отливки, как простой, так и очень сложной геометрической формы. Технология получения отливок складывается из следующих основных операций:

- изготовление литейной формы;

- расплавление литейного материала и заливка его в рабочую полость литейной формы;

- кристаллизация литейного материала в литейной форме и охлаждение отливки;

- выбивка отливки из формы. Поскольку песчаная форма является разовой формой, то она разрушается;

- обрубка прибыли и литниковой системы и при необходимости очистка поверхности отливки.

Далее полученную заготовку подвергают термической обработке, и как правило, направляют на механическую обработку для снятия припуска и получения точных размеров и необходимой шероховатости поверхности.

Материалы, используемые для производства отливок должны иметь хорошие литейные свойства: обладать жидкотекучестью, небольшой литейной усадкой, низкой склонностью к образованию трещин и поглощению газов, невысокой температурой плавления.

Наибольшее распространение среди литейных сплавов получили серые и ковкие чугуны, низкоуглеродистые и легированные стали, силумины, некоторые бронзы и латуни.

Литейная форма представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, при заполнении которой расплавом обеспечивает получение отливки заданных размеров и конфигурации.

Рассмотрим литье в песчаные формы. Песчаные формы являются разовыми, так как при извлечении из них отливок они разрушаются.

Песчаные формы изготавливают из формовочных песчано-глинистых смесей. Огнеупорной составляющей формовочных смесей является кварцевый (SiO2) или циркониевый (ZrOSiO2) песок. Связующим компонентом смеси (до 16%) является каолиновая или бентонитовая глина, которая придает смеси необходимую прочность и пластичность.

Процесс изготовления литейных форм из формовочных смесей называется формовкой. Формовка бывает ручной и машинной. Ручная формовка используется в основном в единичном производстве при изготовлении штучных и крупных отливок и дает высокую шероховатость поверхностей отливки. Машинная формовка применяется для производства мелких отливок в массовом и крупносерийном производстве и позволяет получить отливки с меньшей шероховатостью ее поверхностей. Для отливок полученных методом литья в песчано-глинистые формы существует зависимость между уровнем шероховатости и размерной точностью: чем меньше шероховатость, тем выше точность размера.

Рабочую полость литейной формы получают при её формовке с помощью модельного комплекта. В комплект входят модели отливки и модели элементов литниковой системы, модельная плита, стержневые ящики и шаблоны.

Модель предназначена для образования отпечатка в литейной форме, соответствующего наружной конфигурации и размерам отливки. Модели изготавливают из древесины, алюминиевых сплавов и пластмасс.

В зависимости от сложности конфигурации отливки модели могут быть цельными и разъемными. Неразъемные модели (для простых отливок) можно заформовать и целиком извлечь из формы не нарушив отпечаток. Разъемные модели (для сложных отливок) имеют разъем по плоскости разъема формы.

Размеры модели делают больше, чем соответствующие размеры отливки на величину линейной усадки сплава.

Отверстия и другие внутренние полости в отливках выполняют с помощью стержней, которые помещают в рабочую полость литейной формы перед заливкой металла (рис. 2). Для крепления стержней в форме, на моделях и стержнях предусматривают специальные выступы - стержневые знаки.

Стержни изготавливают из стержневых смесей на песчаной основе - песчано-глинистые, песчано-смоляные, песчано-жидкостекольные стержневые смеси. К ним предъявляют более жесткие требования по огнеупорности, твердости, газопроницаемости по сравнению с формовочными смесями.

Стержни изготавливают в разъемных, неразъемных-вытряхных стержневых ящиках, материалом для которых служит древесина, алюминиевые сплавы или пластмассы.

Литниковая система представляет собой систему каналов и элементов литейной формы, обеспечивающих подвод расплавленного металла в полость формы, ее заполнение, а также питание отливки при затвердевании.

В литниковую систему входят литниковая чаша, стояк, шлакоуловитель и питатели. К литниковой системе относят также выпоры и прибыли. Расположение элементов литниковой системы относительно отливки показано на рис. 3. Все эти элементы хорошо видны на реальной отливке (рис.4).

Стояк - канал круглого сечения, по которому металл из литниковой чаши попадает в шлакоуловитель.

Шлакоуловитель - горизонтальный канал, который служит для задержания попавших в металл шлака и формовочной смеси. Располагается в верхней полуформе.

Питатели примыкают к нижней части шлакоуловителя и предназначаются для подвода металла непосредственно в полость формы. Их располагают в нижней полуформе на расстоянии от стояка и концов шлакоуловителя, так как иначе в них и в полость формы может попасть шлак.

Выпор представляет собой круглый вертикальный канал, предназначенный для вывода газов и всплывающих шлаков из полости формы; он же сигнализирует о ходе заливки появлением избытка металла. Он располагается над самым высоким местом полости формы на стороне, противоположной месту подвода в нее металла. Выпоры применяются при литье чугунных деталей.

У наиболее массивных частей отливки из стали предусматривают прибыли. литье песчаный глинистых стержень

Прибыль - заполняемая металлом полость формы, предназначенная для питания массивных частей отливки в процессе ее затвердевания.

Размеры прибылей и их расположение выбирают так, чтобы металл в них застывал в последний момент. Благодаря этому усадочная раковина образуется в прибыли, а не в отливке. Прибыли чаще всего применяют при стальном литье.

Для удержания формовочной смеси при изготовлении литейной полуформы, а также при транспортировке последней и её заливке жидким металлом используют опоки. Опоки представляют собой жесткие металлические рамы различной конфигурации и размеров согласно ГОСТ 2133-75.

2. Характеристика материала отливки и технические требования

Чугун СЧ30 ГОСТ 1412-85

Чугун серый.

Применение: для изготовления отливок.

Таблица 1. Химический состав в % материала

C	Si	Mn	S	P
3 - 3.2	1.3 - 1.9	0.7 - 1	до 0.12	до 0.2

Таблица 2. Литейно-технологические свойства материала.

Температура плавления :	954 °C

Таблица 3. Механические свойства при Т=20oС материала.

ортамент	Размер	Напр.	?в	?T	?5	?	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Отливки, ГОСТ 1412-85			300

Таблица 4. Физические свойства материала.

T	E 10- 5	? 10 6	?	?	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	1.3		46	7300
100		10.5			525

3. Расчет отливки

3.1 Исходные данные

Таблица 5. Исходные данные

Исходные данные	Вариант 1-1
Наименование детали	Шкив
Марка материала	СЧ30 ГОСТ1412-85
Способ формовки	Ручная
Модель	Деревянная

3.2 Выбор положения отливки в форме с указанием плоскости разъема модели и формы

Рис. 1. Разъем отливки

3.3 Определение класса размерной точности отливки и класса размерной точности

Точность отливок зависит от технологического процесса изготовления, начиная от изготовления форм и стержней и заканчивая выбивкой отливок, финишными операциями.

Расчет отливки включает назначение допусков размеров, припусков на обработку резанием и технологических напусков (формовочных уклонов, галтелей, непродаваемых отверстий и пополнений, упрощающих конфигурацию отливки) (ГОСТ Р 53464-2009).

Для отливок предусмотрены 22 класса размерной точности по ГОСТ Р 53464-2009 - с 1-го по 16-й, включая классы 3т, 5т, 7т, 9т, 11т, 13т. Более высокому числовому значению класса размерной точности соответствуют большие допуски на размеры отливки, а значит, точность отливки становится меньше. Точность размеров отливки зависит от её габаритных размеров и сложности конфигурации, способа литья, типа производства (единичное, серийное, массовое), а также химического состава литейного сплава.

Чем сложнее форма отливки и больше ее габаритные размеры, тем выше погрешность при изготовлении литейной формы и модельной оснастки и, как следствие, тем ниже точность её размеров.

Исходя из того, что у нас ручная формовка по деревянной модели, с наибольшим габаритным размером до 630 мм и материалом отливки из серого чугуна - класс размерной точности отливки 12, номер ряда припусков 4.

Таблица 6. Припуска на мехобработку обрабатываемых поверхностей

Чертежный размер, мм	Допуск, мм	Припуск на м/о, мм
130	6,4	11
Ш430	9,0	13
Ш110	6,4	11

3.4 Определение технологических напусков

Формовочные уклоны придаются боковым поверхностям для облегчения извлечения модели из формы и стержня из стержневого ящика. Если на чертеже детали предусмотрен конструктивный уклон, то формовочный уклон не дается.

Формовочные уклоны назначают на все вертикальные (наружные и внутренние) поверхности модели, контактирующие с формовочной смесью.

В нашем случае (деревянная модель) на высоту 65 мм + припуск на м/о уклон составит 25`.

3.5 Определение размеров стержней, их контуров и знаковых частей

Диаметр стержня определяют по формуле

D=(Dдет-2V)*(l+0,01*k),

где D - диаметр стержня;

Dдет - диаметр отверстия в детали;

V - припуск на механическую обработку внутренней поверхности отверстия (на сторону);

k - коэффициент линейной усадки, % (Для серого чугуна принимаем 1,3%).

Соответственно стержень №1 D=(110-2*11)*(1+0,01*1,3) = 89,1 мм

Стержень№2 .(6 шт.) D=40*(1+0,01*1,3) = 40,5 мм

Длину стержня определяют по формуле:

L = (Lдет+V)*(1+0,0l*k)

где L - длина горизонтального или вертикального стержня;

Lдет - глубина отверстия в детали;

V - общий припуск на механическую обработку торцовых поверхностей отверстия.

k - коэффициент линейной усадки, %.

Соответственно стержень №1 L = (130+22)*(1+0,01*1,3) = 154 мм

стержень №2 L = 50*(1+0,01*1,3) = 50,7 ММ

Знаки, служащие для крепления стержня в литейной форме, бывают горизонтальные или вертикальные в зависимости от положения стержня при сборке формы. Знаки в сечении могут иметь круглую или прямоугольную форму. Между знаками формы и стержня выполняют технологические зазоры S1, S2, S3.

Длину горизонтальных и высоту вертикальных знаков определяют исходя из диаметра и длины стержня.

В нашем случае для вертикального стержня№1 диаметром 89,1 мм и высотой 154 мм высота знаков составит - верхнего 30 мм, с уклоном 150; нижнего 40 мм, с уклоном 100.

стержня№2 диаметром 40,5 мм и высотой 50,7 мм высота знаков составит - верхнего 20 мм, с уклоном 150; нижнего 35 мм, с уклоном 100

3.6 Расчет модели

Контур модели соответствует внешнему контуру технологического чертежа отливки, т.е. внешнему контуру отливки вместе с контуром знаков стержня (при наличии стержня).

Размеры знаков модели увеличивают по сравнению с размерами знаков стержня на величину технологических зазоров S между знаками литейной формы и стержня.

В нашем случае для стержня №1 S1 = S2 = 1,6 мм

№2 S1 = S2 = 1,3 мм

Размеры модели должны быть увеличены по сравнению с размерами отливки на величину линейной усадки сплава k.

Размеры модели определяют по формуле

размер модели = (размер отливки)(l +0,01k),

где k - коэффициент линейной усадки, %.

Таблица 7. Размеры модели

Размер отливки	Размер модели
Ш456	Ш461,9
Ш350	Ш354,6
152	154
80	81
50	50,7
Ш88	Ш89,1
Ш40	Ш40,5

Для стержня №1:

Диаметр верхнего и нижнего знака составит 89,1+2*1,6 = 92,3 мм

Высота верхнего знака 30+1,6=31,6 мм

Высота нижнего знака 40 мм.

Для стержня №2:

Диаметр верхнего и нижнего знака составит 40,5+2*1,3 = 43,1мм

Высота верхнего знака 20+1,3=21,3 мм

Высота нижнего знака 35 мм.

3.7 Подбор опок

При весе отливки 6,5 кг - отливка мелкая

Таблица 8. Наименьшие расстояния между моделями, стенками и кромками опок

Расположение моделей в опоке	Характер отливок	Размеры, мм
		а	6	в	г
	Мелкие	20-30	35-60	50-75 100-	20-30 40-60

4. Графическая часть

4.1 Чертеж детали

4.2 Чертеж отливки, выполненный на чертеже детали

4.3 Чертеж стержня

4.4 Чертеж модели

4.5 Чертеж вертикального разреза формы в сборе

Список источников

1. Технология конструкционных материалов: учебник для вузов / под ред. Ю. М. Барона. - Санкт-Петербург: Питер, 2012. - 512 с.

2. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей вузов/ А.М. Дальский, Т.М. Барсукова и др./ Под общ. ред. А.М. Дальского. 3-е изд. - М.: Машиностроение, 1992. - 448 с

3. Михайлова О. М. 3. Разработка литейной технологии: метод. руководство к практической работе. - Екатеринбург: УрГУПС, 2001. - 30 с.

4. Михайлова Н. А., Михайлова О. М. Литье в песчаные формы: метод. рекомендации. - Екатеринбург: УрГУПС, 2008. - 22 с.

5. ГОСТ 977-88. Отливки стальные. Общие технические условия. - М.: ИПК Изд- во стандартов, 2002. - 32 с.

6. ГОСТ 26358-84. Отливки из чугуна. Общие технические условия. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. - 2 с.

7. ГОСТ 1215-79. Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. -4 с.

8. ГОСТ Р 53464-2009. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку. - М.: Стандартинформ, 2010. - 52 с.

9. ГОСТ 3212-92. Комплекты модельные. Уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. - 15 с.

10. ГОСТ 3.1125-88. Правила графического выполнения элементов литейных форм и отливок. - М.: Стандартинформ, 2010. -11 с.

Размещено на Allbest.ru

...