Технологический процесс изготовления отливки 'Рычаг'

Технологический процесс изготовления отливки 'Рычаг'

Министерство образования и науки Российской Федерации

Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева

Факультет авиадвигателестроения

Кафедра материаловедения, литья и сварки

Курсовой проект

по предмету

Технология литейного производства

На тему:

Технологический процесс изготовления отливки «Рычаг»

Студент группы ЛО-08

Ю.В.Чистякова

Руководитель А.А. Акутин

Рыбинск 2012

Содержание

Введение

. Выбор способа формовки

. Выбор поверхности разъема формы

. Выбор формовочных уклонов

. Выбор стержневых знаков и конструирование стержней

. Выбор формовочной смеси

. Выбор стержневой смеси

. Выбор оборудования для изготовления стержней

. Обоснование применяемой оснастки

. Параметры точности отливки и припуски на механическую обработку

. Выбор и расчет литниковой системы

. Расчет времени охлаждения отливки в форме

12. Расчет нагружения опок

Список литературы

Введение

Основной способ изготовления отливок - литье в песчаные формы, в которые получает до 80% общего количества отливок.

Наиболее широкое применение при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов получило литье в сырые песчаные формы. Это обусловлено невысокой плотностью сплавов, небольшим силовым воздействием металла на форму и низкими температурами литья (680-800ºС).

Для изготовления песчаных форм используют формовочные и стержневые смеси, приготовленные из кварцевых и глинистых песков, формовочных глин, связующих и вспомогательных материалов.

Выполнение полостей в отливках осуществляют с помощью стержней. Для этой цели используют плакированный кварцевый песок или смесь песка с термореактивной смолой и катализатором. Стержни, подвергающиеся сушке, изготавливают на встряхивающих, пескодувных и пескострельных машинах или вручную из смесей масляными или водорастворимыми связующими. Продолжительность сушки зависит от массы и размеров стержня и определяется обычно опытным путем. Для изготовления крупных массивных стержней все большее применение получают смеси холодного твердения (ХТС) или жидкодвижные самотвердеющие смеси (ЖСС). Смеси холодного твердения в качестве связующего содержат синтетические смолы, а катализатором холодного твердения обычно служит ортофосфорная кислота. Смеси ЖСС содержат поверхностно-активное вещество, способствующее образованию пены.

Соединение стержней в узлы производят склейкой или путем заливки алюминиевых расплавов в специальные отверстия в знаковых частях.

Тип литниковой системы выбирают с учетом габаритов отливки, сложности ее конфигурации и расположения в форме. Заливку форм для отливок сложной конфигурации небольшой высоты осуществляют, как правило, с помощью нижних литниковых систем. При большой высоте отливок и тонких стенках предпочтительно применение вертикально-щелевых или комбинированных литниковых систем. Формы для отливок малых размеров допустимо заливать через верхние литниковые системы.

Для уменьшения скорости движения расплава при входе в полость литейной формы и лучшего отделения взвешенных в нем оксидных плен и шлаковых включений в литниковые системы вводят дополнительные гидравлические сопротивления - устанавливают сетки (металлические или из стеклоткани) или ведут заливку через зернистые фильтры.

Питатели, как правило, подводят к тонким стенкам отливок рассредоточено по периметру с учетом удобств: их последующего отделения при обработке. Подвод металла в массивные узлы недопустим, так как вызывает образование в них усадочных раковин, макрорыхлот и усадочных дефектов на поверхности отливок. В сечении питатели чаще всего имеют прямоугольную форму с шириной >15 мм. Для получения высококачественных отливок осуществляют направленную кристаллизацию, широко используя для этой цели установку холодильников из чугуна и алюминиевых сплавов. Оптимальные условия для направленной кристаллизации создает вертикально-щелевая литниковая система.

Заливку песчаных форм металлом ведут из ковшей, футерованных огнеупорным материалом. Перед заполнением металлом ковши со свежей футеровкой сушат и прокаливают при 780-800ºС для удаления влаги.

Температуру расплава перед заливкой поддерживаю на уровне 720-780 °С. Формы для тонкостенных отливок заполняют расплавами, нагретыми до 730-750°С, а для толстостенных до 700-720ºС.

Отливка «Рычаг» имеет габаритные размеры 600х517х470 мм, массу 107,48 кг, изготавливается из углеродистой стали 30Л. Отливка относится к категории средней сложности. Для ее изготовления используем метод литья в песчано-глинистые формы. Данный технологический процесс обеспечивает выполнение технических требований, предъявляемых к отливке (по геометрии, стабильности геометрических размеров во времени, шероховатости). Этот способ литья наиболее универсален, позволяет получать отливки любых конфигураций, размеров и массы при любой серии. При крупносерийном производстве используют литье в сырые песчаные формы, изготавливаемые на формовочных машинах или автоматических линиях. Этот вид литья целесообразен для отливок массой до 100 кг и высотой до 300 мм. Когда давление металла на стенки формы не превышает 25 кПа.

Для изготовления отливки используем комплексную автоматическую линию, предназначенную для изготовления отливок в сырых одноразовых песчано-глинистых формах.

Цель выполнения данного курсового проекта - это разработка высокоэффективного технологического процесса изготовления отливки «Рычаг» на основе использования современных положений теории и технологии литейных процессов. Для достижения указанной цели в процессе курсового проектирования решались следующие задачи: разработка чертежа отливки по чертежу детали: выбор способа, материалов и оборудования для изготовления форм и стержней; расчет литниково-питающей системы; проектирование литейной оснастки; расчет необходимого времени охлаждения отливки в форме; расчет нагружения опок.

1. Выбор способа формовки

Формовка - это процесс изготовления разовых литейных форм. Это трудоемкий и ответственный этап всего технологического цикла изготовления отливок, который в значительной мере определяет их качество. Процесс формовки заключается в следующем:

уплотнение смеси, позволяющее получить точный отпечаток модели в форме и придать ей необходимую прочность в сочетании с податливостью, газопроницаемостью и другими свойствами;

- устройство в форме вентиляционных каналов, облегчающих выход из полости формы образующихся при заливке газов;

извлечение модели из формы;

отделку и сборку формы, включая установку стержней.

В зависимости от размеров, массы и толщины стенки отливки, а также марки литейного сплава его заливают в сырые, сухие и химические твердеющие формы. Литейные формы изготавливают вручную, на формовочных машинах, полуавтоматических и автоматических линиях.

Так как данная отливка имеет массу 107,48 кг (больше 100кг), то будем использовать формовку по-сырому.

В условиях серийного производства можно использовать как ручную, так и машинную формовку. Для изготовления данной отливки применим машинную формовку. Машинная формовка позволяет механизировать две основные операции формовки (уплотнение смеси, удаление модели из формы) и некоторые вспомогательные (устройство литниковых каналов и т.д.). При механизации процесса формовки улучшается качество уплотнения, возрастает точность размеров отливки, резко повышается производительность труда, облегчается труд рабочего и улучшается санитарно-гигиенические условия в цехе, уменьшатся брак.

В качестве формовочной машины применим машину импульсного типа. В такой машине уплотнение смеси происходит за счет удара воздушной (газовой) волны. Сжатый воздух под давлением (6¸10)·10⁶ Па с большой скоростью поступает в полость формы. Под действием удара воздушной волны формовочная смесь уплотняется в течение 0,02-0,05 с. Оставшийся воздух удаляется через венты. Верхние слои формовочной смеси уплотняют допрессовкой.

При выборе формовочной машины необходимо учитывать следующие факторы:

- формовочная машина должна быть полностью загружена;

формовочная машина должна иметь максимальную производительность.

Этим требованиям удовлетворяет формовочная машина импульсная. Опока имеет размеры в свету  мм. Высота верхней и нижней полуформ по 300 мм соответственно.

При использовании обычных песчано-глинистых смесей поверхностная твердость формы достигает 89-94 единиц. Максимальное уплотнение смеси соответствует разъему полуформы. Улучшение технологических параметров литейной формы повышает геометрическую точность отливок, снижает брак, улучшает санитарно-гигиенические условия труда за счет полного устранения вибрации и шума.

2. Выбор поверхности разъема формы

Основной задачей при выборе положения отливки во время заливки, заключается в получении наиболее ответственных ее поверхностей без литейных дефектов.

Поверхность соприкосновения верхней и нижней полуформ называется поверхностью разъема формы. Она необходима для извлечения модели из уплотненной формовочной смеси и установки стержней в форму.

Выбор разъема формы определяет конструкцию и разъемы модели, необходимость применения стержней, величину формовочных уклонов, размер опок и т.д. При неправильном выборе поверхности разъема возможно искажение конфигурации отливки, усложнение формовки и сборки.

Выбранная поверхность разъема формы удовлетворяет следующим требованиям:

- поверхность разъема должна занимать горизонтальное положение при заливке;

- число поверхностей разъема должно быть минимальным, обеспечивающим - эффективную формовку и беспрепятственное удаление модели;

поверхность разъема, по возможности, должна обеспечить изготовление отливки с минимальным количеством стержней.

Для данной отливки выбираем плоскость разъема таким образом, чтобы можно было легко и с большей точностью установить стержень, а затем без трудоемких операций извлечь его.

. Выбор формовочных уклонов

Цель формовочных уклонов - обеспечить бездефектную выемку модели из формы. Формовочные уклоны могут быть получены за счёт увеличения, уменьшения и одновременного увеличения и уменьшения толщины стенки отливки. Уклоны первого типа назначаются на обрабатываемые и на необрабатываемые поверхности отливок при толщине стенки до 8 мм; уклоны третьего типа - при толщине стенки больше 12 мм и высоте до 100 мм; в остальных случаях уклоны назначаются по второму типу.

По ГОСТ 3212-92 выбираем величину формовочных уклонов по значению высот. Для высоты h=235мм, величина формовочного уклона составит 25' или 1,85 мм, для высоты h=30 - 1°05' или 0,75мм, для высоты h=80 - 35' или 1,00мм.

4. Выбор стержневых знаков и конструирование стержней

При определении участков поверхности отливки, выполняемых стержнями, необходимо руководствоваться следующими правилами:

- обеспечивать удобную и безошибочную установку стержня в форму и контроль всех размеров полостей в ней;

если отливка имеет две полости, соединённые каналом, эти полости надо оформлять двумя каналами;

газоотводные каналы стержней должны иметь выходы в верхних знаках или образовывать вентиляционную систему с другими стержнями, знаки которых соприкасаются с формой. Каналы размещаются так, чтобы исключить попадания в них жидкого металла.

разъём стержневого ящика, опорная поверхность и поверхность набивки стержня должны быть, по возможности, плоскими;

обеспечивать минимальные затраты на изготовление стержневых ящиков.

Точность фиксации стержня в форме обеспечивается конфигурацией и размерами его знаковых частей, которые по ГОСТ 3212-92 назначаются с учётом: размеров стержня, способов формовки и его положения в форме. При вертикальном расположении стержня в форме его фиксация обеспечивается нижними и верхними знаками или только нижним специально уширенным. При горизонтальном расположении стержней для чёткой фиксации в осевом направлении и удобства протяжки стержня знаки имеют уклоны и соответствующие зазоры, причём зазор в верхней полуформе должен быть больше, чем в нижней полуформе.

Для данной отливки выбираем два стерженя. Конструктивные размеры знаков стержней следует выбирать по ГОСТ 3212-92. Длина знака зависит от длины стержня и его геометрии. По таблице выбираем длину знаков равной: для первого стержня с размерами L=300 и D=160-75мм и для второго стержня с размерами L=90 и D=130 - 35мм.

5. Выбор формовочной смеси

Отливка из углеродистой стали 30Л, средней сложности, Rz 100, производство мелкосерийное. Исходя из этого, выбирается литье в песчано-глинистые сырые формы. Для изготовления мелких отливок на автоматических пескодувно-прессовых линия безопочной формовки типа DISA используется единая формовочная смесь следующего состава:

Оборотная смесь: 92-95%

Кварцевый песок: 5-8%

Бентонит: 1,2-2,0%

Добавки: 0,05-0,10% крахмалистые

Физико-механические и технологические свойства смесей:

Прочность при сжатии: 0,17-0,21 Н/мм²

Влагосодержание: 3,1-3,5%

Общее содержание мелочи: 11,0-13,0%

Содержание активного бентонита: 7,0-8,0%

Газопроницаемость: не менее 100 ед.

Специальными требованиями к смесям, характерными для импульсного уплотнения, являются высокие: начальная степень разрыхления смеси (г/см³), текучесть смеси, уплотняемость, требования к содержанию влаги и активного бентонита в смеси. Оптимальной считается влажность 2,5%. Это может привести к разуплотнению смеси и разрушению участков формы, в первую очередь болванов и прилегающих к ним зон, что отразится на качестве отливки. Уплотняемость смеси 45% может привести к недостаточному уплотнению у стенок опоки.

6. Выбор стержневой смеси

В массовом и крупносерийном литейном производстве процессы изготовления литейных стержней в "холодной" оснастке основаны на отверждении стержней продувкой их газообразным катализатором или отвердителем непосредственно в оснастке.

Стержни в процессе заливки испытывают большие термические и механические воздействия по сравнению с формой, поэтому к стержневым смесям предъявляются более жесткие требования. Прочность стержня в сухом состоянии и поверхностная твердость должны быть выше, чем у формы. Стержневые смеси должны иметь большую огнеупорность, податливость, небольшую гигроскопичность при формовке по-сырому.

Для изготовления стержней к данной отливке применяем СоId-Box-Amin-процесс, разработанный в США. Стержневая смесь содержит, %: 100 кварцевого песка и 0,6...0,8 фенольной смолы с 0,6...0,8 полиизоцианата (связующая композиция). После уплотнения смеси в ящике пескодувным или пескострельным способом стержень продувается смесью паров низкокипящей жидкости - триэтиламина с воздухом, стержень приобретает начальную прочность, которая составляет 60% конечного ее значения. Время продувки 2...5 с, далее 10...20 с стержень продувают воздухом для его очистки от паров амина. Расход катализатора ≤ 1,5 г на 1кг стержневой смеси. В результате взаимодействия компонентов связующего в присутствии катализатора (амина) образуется твердый полимер - полиуретан, который и обеспечивает высокую прочность стержня.

Смесь амина с воздухом после прохода через стержневой ящик направляется в нейтрализатор, где полностью нейтрализуется разбавленной серной кислотой с образованием водорастворимой соли - сульфата аммония. Степень очистки воздуха в этой системе близка к 100%. Таким образом, весь этап подачи амина полностью герметизирован, что обеспечивает безопасность процесса. При необходимости готовые стержни окрашивают противопригарной краской.

7. Выбор оборудования для изготовления стержней

Для изготовления стержней выбираем пескострельную машину, т.е. пескострельный процесс. Стержневую смесь вдувают в стержневой ящик под большим давлением. Машина имеет пескодувный резервуар, периодически заполняемый смесью из бункера, вибратор предусмотрен для предупреждения зависания смеси в бункере. Заполненный резервуар перемещается цилиндром по рольгангу на рабочую позицию. При этом бункер перекрывается шиберным затвором. Стержневой ящик прижимается снизу к надувной плите пескодувного резервуара, и смесь вдувается в технологическую емкость. Вдувание смеси в ящик происходит через вдувные отверстия, которые делаются в надувной плите, служащей дном пескострельного резервуара. Пескострельный резервуар имеет одно надувное отверстие (щель), которое соединяется с гильзой, установленной в пескострельной головке. Смесь в гильзу поступает через люк, перекрываемый шибером. Гильза имеет прорези в боковых стенках, через которые смесь не просыпается. Диаметр выходного отверстия гильзы 40 мм.

Сжатый воздух, поступающий ресивера через клапан в пространство вокруг гильзы, через прорези в ней устремляется в смесь. Такая конструкция обеспечивает большой перепад давления воздуха, и большие скорости движения смеси при заполнении и уплотнении технологической емкости. Выпуск воздуха из ящика наружу происходит через вентиляционные отверстия, или венты, которые выполняются обычно в виде либо пробок из цинкового сплава или пластмассы, имеющих множество прорезанных в них параллельных щелей, через которые не проходят песчинки, либо цилиндриков с напаянной вместо дна сеткой. В основном смесь уплотняется за счет перепада давления в верхней части ящика, у вдувных отверстий и вент (внизу, сбоку ящика). Венты запрессовывают в отверстия, просверленные в стенках стержневого ящика или модельной плиты.

Если изготовляемый стержень имеет сложную конфигурацию, то венты следует располагать в труднодоступных для смеси местах ящика.

Основное преимущество применения стержневых смесей со связующими материалами холодного твердения заключается в экономии электроэнергии, уменьшении времени производства вследствие короткого времени отвердевания, уменьшения стоимости технологической оснастки и песчаной смеси. Этот процесс имеет два применения:

- безопочная формовка путем предварительного уплотнения высокопрочных песчано-глинистых безопочных форм с последующим прессованием;

получение стержней путем предварительного наполнения и уплотнения холодно-твердеющих, реже горячее-твердеющих смесей с последующим химическим или тепловым отверждением в оснастке.

отливка форма литниковый опока

8. Обоснование применяемой оснастки

Основную массу фасонных отливок из различных литейных сплавов изготовляют в разовых песчаных формах. Для получения таких форм используют специальную модельно-опочную оснастку, необходимую для получения частей формы, стержней и их сборки. Комплект модельно-опочной оснастки включает: модели и модельные плиты для изготовления по ним частей формы, стержневые ящики для изготовления стержней, опоки, приспособления для контроля формы в процессе сборки, а также холодильники, штыри для соединения опок и другой инструмент.

Моделями называют приспособления, предназначенные для получения в литейных формах полостей, конфигурация которых соответствует изготовляемым отливкам.

Для машинной формовки модели монтируют на специальных плитах, которые называют модельными плитами. Для серийного производства данной отливки используем одностороннюю наборную плиту (модель, расположенную только на одной верхней стороне, крепят к плите болтами).

В условиях серийного производства отливок используются металлические модели и плиты. Они имеют следующие преимущества: долговечность, большую точность и более гладкую рабочую поверхность. Их используют при машинной формовке, которая предъявляет определенные требования к конструкции и качеству модельной оснастки. При машинной формовке на автоматических линиях используют сменные модельные плиты, которые устанавливаются в специальные рамки.

Конструкция модельной плиты зависит главным образом от типа машины, на которой будет изготовляться полуформа, конструкции отливки, получаемой по данному модельному комплекту. Для фиксирования плиты на рамке имеются 2 центрирующих штыря, которые предохраняет плиту от смещений в горизонтальном направлении.

Для производства данной отливки в условиях серийного производства и импульсной формовки применим опоки для автоматических линий. Такие опоки имеют усиленные стенки без вентиляционных отверстий. Особенностью опок для формовки на автоматических линиях является их не взаимозаменяемость, т.е. опоки для низа и верха разные. Нижняя опока имеет втулки для скрепляющих штырей. Верхняя опока имеет конические отверстия, в которых закрепляются штыри.

Стержни для данной отливки удобно изготавливать из ХТС в ящике с вертикальным разъемом по оси стержня. Ящик будет заполняться пескострельным способом.

В этом случае предусматривается, что стержни после расхождения матриц стержневого ящика остаются на штырях, закрепленных на поддоне, который в свою очередь крепится к столу машины. Матрицы или половинки стержневого ящика бронируются стальными плитами. Совпадение половинок ящика контролируется при помощи центрирующих штырей и втулок, их ход ограничивается упором в поддон. На матрицах необходимо предусмотреть крепление к машине. Поскольку смесь не нуждается в продувке газами для отверждения необходимости в предусмотрении вент нет.

. Параметры точности отливки и припуски на механическую обработку

Определение точностных характеристик и соответствующих им допусков и припусков отливок производится по ГОСТ 53464-2009.

Исходные данные: отливка рычаг, материал 30Л, наибольший габаритный размер 600 мм, масса 107 кг, отливка средней сложности, способ литья в песчано-глинистые формы из низковлажных высокопрочных смесей, с высоким и однородным уплотнением, уровень механизации производства - машинное поточно-механизированное.

1. По таблице 9 для заданного технологического процесса и габаритного размера 517 мм и сплава 30Л находим интервал класса точности размеров: КР 11Т.

. По таблице 10 находим степень коробления отливки.

За высоту принимается толщина h=470 мм, а за длину - L=600 мм. Таким образом, h/L=470/600=0,8. Для отношения h/L с учётом разовой формы и термообработки отливки принимаем СК 6.

. По таблице 11 для заданного технологического процесса, габаритного размера - 517 мм и материала 30Л находим интервал степеней точности поверхности СП 16.

. По таблице 13 для заданного технологического процесса, номинальной массы 107 кг и материала 30Лнаходим интервал классов точности массы принимаем КМ 12.

Таким образом точность отливки: 11Т-6-16-12, ГОСТ 53464-2009.

5. Для обрабатываемых поверхностей необходимо определить ряд припуска РП. По таблице 14 находим для степени точности поверхности СП 16, интервал ряда припусков 7-10, с учётом примечания принимаем РП 9.

. Определение припусков производим для трех обрабатываемых поверхностей: A, В, С.

Таблица 1

Определение допусков и припусков на обработку

10. Выбор и расчет литниковой системы

Литниковая система должна обеспечить спокойную, равномерную и непрерывную подачу металла в заранее определенные места отливки. Конструкция литниковой системы должна создавать условия, препятствующие засасыванию воздуха потоком металла. Литниковая система должна задерживать все неметаллические включения, попавшие в поток металла. Одной из важнейших функций литниковой системы является заполнение формы с заданной скоростью: при очень большой скорости заливки происходит размыв стенок формы и каналов самой литниковой системы, а при слишком медленной заливке - значительное охлаждение металла и образование спаев, неслитин, недоливов. Литниковая система должна способствовать выполнению принципа равномерного или направленного затвердевания отливки. Она служит для частичного питания жидким металлом отливки в начальный момент ее затвердевания.

Заполнение формы должно происходить спокойно, без турбулизации потока для того что бы предотвратить захват воздуха расплавом, его окисление и образование оксидной пленки.

Расчёт литниковых систем для сталей

Расчет прибыли ведем по методу Й. Пржибыла

Объем прибыли

V_п=,(7.24)

где β - отношение объема прибыли к объему усадочной раковины (V_п/V_р);

− часть объемной усадки сплава, принимающая участие в формировании усадочной раковины;

V_о− объем питаемого узла.

По табл. 1 определяем значения параметров, характеризующих усадочные свойства сплава: =0,045; β= 9.

Найдем объемы питаемых узлов:

V_o1 =  = 110= 0,0051м³_o2 =  = 30= 0,00072м³

Из найденного объема прибыли рассчитываются размеры прибыли. Предполагается, что площадь основания равна площади питаемого узла.

V_пр1 =м³

S_{осн 1} = 0,2= 0,02м²

Н_{пр 1} =  =  = 0,175 м

V_пр2 =м³

S_{осн 2} =  =  = 0,0075 м²

b_шир =  =  = 0,05 м

V_пр = НS_осн

Н_пр = 0,12 м

S_осн = =  = 0,029 м²

S_осн =²

R =  =  = 0,09м

D_осн.пр = 0,18 м

Расчёт параметров литниково-питающей системы для заливки стали из стопорного ковша

Определяем металлоемкость литейной формы G:

G = N G_oG_лсG_пр), N = 1;

масса отливки G_o = 107,48 кг;

G_лс = 107,48 кг;

Плотность отливки

 =  =7677 кг/м³

Масса прибыли

G_пр = (V_пр1 + V_пр2) (0,0035 + 0,00049) 7677 = =30,63кг;

Тогда

G = 1107,4810,730,63) = 148,81 кг

ω_ф= 10;

Определяем время заливки, позволяющее получить отливку без брака:

 = = 47 с;

Весовая скорость заливки:

=  кг/с;

Принимаем ω_{весовая}= 10 кг/с;

Емкость ковша: 1 т;

Диаметр стопорного стакана: d_ст= 30 мм;

Диаметр стояка: d_с = 40 мм

Рассчитываем по соотношению размеры элементов ЛПС:

F_п : F_лх : F_ст = 1,5 : 1,0 : 1,05

Далее рассчитываются по выбранному соотношению размеры элементов ЛПС.

F_ст = ²= ² = 1256 мм²

 =  =  =1794 мм²

 =  =  =1196 мм²

F_лх=  = 1196 мм²

а =  =  = 25 мм

а - высота и нижнее основание литникового хода

Размеры питателей:

b_сум. =  =  = 256 мм

b- суммарная ширина питателей;

b₁ = 100 мм

b₁ - ширина питателя;

h_пит = 7 мм;

Размеры воронки:

d_ст.в. = 1,05D_ст = 1,05 0,04 = 0,042 м

D = 2,7d_ст.в. = 2,7 0,042 = 0,113 м

Н_в = D =0,113 м.

11. Расчет времени охлаждения отливки в форме

Время охлаждения - это время охлаждения отливки в форме до её выбивки. Выбивать отливку можно при температуре, при которой она не деформируется и не разрушается. Для алюминия - это 200-250ºС. Времени охлаждения отливки в форме складывается из времени снятия теплоты перегрева, времени охлаждения отливки от температуры ликвидус до температуры солидус и времени охлаждения отливки от температуры солидус до температуры выбивки.

Расчет времени охлаждения для сплавов кристаллизующихся в интервале температур рассчитывается по следующей формуле:

где τ - время охлаждения отливки, с

R - приведённая толщина отливки,R = 0,055 м;

b- коэффициент теплоаккумулирующей способности формы,

b = 1628 Вт/(м²·°С),

- удельные теплоёмкости жидкого, твёрдо - жидкого, твёрдого металла,

с_ж = 753 Дж/(кгК);

с_т =920Дж/(кгК);

с_тж =  = 826,5 Дж/(кгК);

L - удельная теплота кристаллизации сплава, Дж/кг;

L = 264 Дж/кг;

ρ_{ж ,}ρ_т, ρ_тж - плотность сплава в жидком, твердом и твердо-жидком состоянии, кг/м³;

ρ_ж = 7000 кг/м³;

ρ_т = 7820 кг/м³;

;

V_з ,V_л , V_с , V_к , V_в - относительная температура заливки, ликвидуса, солидуса, кристаллизации, выбивки , отсчитывается от температуры формы (V_з = t_з - t_{ф н}, С; V_к = t_к - t_фн, С и т.д.).

V_з = 1600°С;

V_к = 1520°С;

V_л= 1520°С;

V_с = 1485°С;

V_выб = 600°С;

12. Расчет нагружения опок

Во избежание всплытия верхней опоки при заливке формы металлом на нее устанавливается груз массой Р или опоки скрепляют скобами, выдерживающими нагрузку Р.

Р = ,

Где К - коэффициент запаса, учитывающий гидравлический напор;

К = 1,5;

Н - максимальный напор (высота верхней опоки), м;

F_отл- площадь отливки в свету, м²;

F_лс - площадь литниковой системы в свету, м²;

ρ_ж - плотность расплава, кг/м³;

ρ_ж = 7200кг/м³;

ρ_ст - плотность стержня, кг/м³;

ρ_ст =1600кг/м³;_ст - объем стержня, м³;- вес опоки с землей, кг.

Если Р< 0, то нагружать опоку не надо.

Если форма изготавливается на автоматической линии, нагружение опок не требуется.

F_отл = (220300) + (110) + (70) + (90160) = 0,116 м²;

F_лс = F₁ + F₂ + F₃ + F₄ = 0,042 м²;

F₁= м²;

F₃ = 0,020,18 = 0,0036 м²;

F₄ = 0,30,04 = 0,012м²;

V_ст =V_ст1 + V_ст2 = 0,0107м³

V_ст1=  = м³

V_ст2= м³;

Масса опоки находится сложения массы опоки без кома смеси и массы самого кома смеси:

G_оп = m_оп + m_ком = 830 + 368 = 1198 кг

m_ком = 1600V_ком = 16000,23 = 368 кг;

V_ком = V_оп - V_отл/2 - F_лх- V_пит - V_ст1/2 - V_ст2 /2

V_лх = 0,30,040,018 = 0,000216м³;

V_п = 0,180,0050,02 = 0,000018 м³;

V_ком = 0,24 - 0,007 - 0,000216 - 0,000018 - 0,0009 - 0,00445 = 0,23м³;

Р = 1,5·(0,3 (0,116 + 0,042) ·7200 + (7200 - 1600) · 0,00107) - 1198 = -

,2кг.

Р< 0, следовательно, нагружать опоку не надо.

Список использованных источников

1. Литниковые системы и прибыли для фасонных отливок./ Галдин Н.М., Чистяков В.В., Шатульский А.А.; Под общ.ред. В.В. Чистякова. - М.: Машиностроение, 1992. - 256с.

. Добродеев В.В., Шатульский А.А. Технология литейной формы: Учебное пособие. - Рыбинск: РАТИ, 1991. - 112 с.

. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку. ГОСТ 26645 - 85.