Изготовление отливки
Введение
Литье - это способ
изготовления изделий, его сущность заключается в том, что в литейную форму
заливают расплав определенного состава с комплексом требуемых свойств, который
после затвердевания принимает конфигурацию рабочей полости формы и становится
отливкой. Получение отливок в промышленности называют литейным производством.
Масса отливок колеблется в очень широких пределах. Конфигурация отливок может
быть любой. Она определяется возможностью изготовления технологической оснастки
и формы, минимальной толщиной полости, которую способен заполнить металл, и
экономическими расчетами, позволяющими сравнить стоимость изготовления, условия
эксплуатации отливки и аналогичного изделия, полученного другим способом. Литые
детали после механической обработки составляют весьма значительную часть
изделий, выпускаемых разными отраслями промышленности. Литьем изготавливают
также отдельные части строительных сооружений, металлургического,
горнодобывающего оборудования и т.п. Развитие техники предъявляет серьезные требования
к качеству литых заготовок. Современные отливки должны иметь высокие
механические свойства, регламентированные физические характеристики, требуемый
химсостав, а также высокую точность при минимальных толщине стенок и массе.
Изготовление отливки с заданными линейными размерами, конфигурацией,
физико-механическими свойствами, шероховатостью поверхности и другими
требованиями может осуществляться различными методами. При этом могут быть
использованы различные типы и конструкции форм, конструктивные и
технологические решения по отдельным элементам формы, разнообразные
технологические процессы на всех этапах изготовления отливки. Поэтому в
конкретных условиях производства разрабатывается оптимальный технологический
процесс, обеспечивающий стабильное выполнение требований чертежа и технических
условий на деталь и отливку при минимальных затратах труда и материальных
средств.
Плавка чугуна
производится в индукционной печи. Заливка форм на линии проводится из
чайникового ковша емкостью 500 кг. Температура металла при заливке 1280…1400°С.
Выход воздуха и
газов из полости формы при заливке металла происходит через выпоры. Удаление
газов при прогреве формы происходит через поры формовочной смеси.
Исходные
данные
Разработать
технологию отливки детали «Маховик» (рис. 1). Масса отливки (расчетная) 1,792
кг. Материал - серый чугун СЧ20 ГОСТ 1412-85. Количество изготавливаемых
отливок 50 000 шт./год (крупносерийное производство).
Рис. 1. Маховик
Основные
технические условия
1.Пригар формовочной смеси на поверхностях детали не допускается.
2.Допускается заварка раковин не более 2 мм.
3.Острые кромки притупить.
4.Формовочные уклоны по ГОСТ 3212-92.
5.Неуказанные литейные радиусы R 3…5 мм.
6.Точность размеров детали ± IT 14/2.
7.Точность отливки 8-0-0-7 по ГОСТ 26645-85.
1.
Анализ конструкции детали и технических условий на деталь и отливку
Деталь не
испытывает значительных механических нагрузок и поэтому изготовляется из серого
чугуна СЧ20.
Анализ чертежа
детали показывает, что конструкция ее достаточно технологична для изготовления
литьем. Деталь не изменяет резких переходов толщин стенок. Минимальная толщина
необрабатываемых стенок 15 мм, радиусы закруглений 3…5 мм, конфигурация
внутренних полостей, отверстий, обрабатываемых поверхностей и расположение баз
механической обработки удовлетворяют требованиям технологии литейного
производства.
В технических
условиях лишь п.п. 3 и 6 касаются только механической обработки детали.
Анализируя технические условия, приходим к выводу, что все они выполнимы при
изготовлении отливок из серого чугуна СЧ20.
2.
Выбор способа изготовления отливки
Анализ
технологичности отливки позволяет сделать вывод о возможности изготовления ее в
сухую разовую песчано-глинистую форму. При изготовлении чугунных отливок данной
массы и габаритов сухая песчано-глинистая форма является наиболее экономичной,
обеспечивая выполнение всех требований технических условий к качеству деталей.
Учитывая
незначительную высоту моделей и изготовление четырех отливок в одной форме,
выбираем изготовление форм в опоках 360Ч400Ч200 мм.
3.
Выбор положения отливки в форме в период заливки и затвердевания
При выборе
положения отливки в форме во время заливки и затвердевания главными факторами в
данном случае должны быть получение плотного чугуна без усадочных и газовых
раковин и обеспечение хорошего питания отливки при затвердевании.
4.
Определение поверхности разъёма формы
Разъем формы
выбирается таким образом, чтобы отливка располагалась по центру отливки.
Поверхность разъема будет плоской. При выбранном разъеме обеспечивается простая
конструкция моделей, удобство изготовления и сборки форм.
5.
Определение припусков на механическую обработку
Припуски на механическую
обработку определим по ГОСТу 26645-85. Для восьмого-седьмого класса точности
размеров и шестого ряда припусков определим допуски линейных размеров и
припуски на механическую обработку. Припуски составляют 1,8 - 2 мм и приведены
на чертеже отливки (ФМ427.01.01.00.00СБ). Приплюсовав массу припусков к массе детали,
получим массу отливки 
1,792
кг.
6. Определение
формовочных уклонов и радиусов закругления
Величины формовочных
уклонов по ГОСТу 3212-92 при использовании чугунных моделей (в условиях
крупносерийного производства) следующие: для обода маховика - 0°45ґ, для
внутреннего кольца - 1є05ґ.
7. Определение
количества и конструкции стержней
Чертеж отливки
(ФМ427.01.01.00.00СБ), выполненный в соответствии с требованиями ГОСТа
3.1125-88. Технические условия на изготовление и приемку отливок указаны в
задании.
С целью упрощения
модельной оснастки, для снижения трудозатрат и получения внутренних очертаний
отливки необходим один центровой шесть боковых балванов.
8. Разработка
конструкции и расчет литниковой системы
Наиболее простым и
экономичным способом подвода чугуна в полость формы является подвод чугуна по
разъему. Применительно к данной отливке и выбранному положению ее при заливке
подвод чугуна по разъему способствует созданию условий для направленного
затвердевания отливки.
Для определения размеров
каналов литниковой системы воспользуемся методикой расчета при заливке форм из
чайникового ковша, подробно изложенной в работе [7].
Определим массу отливки
по формуле
,
(1)
где 
-
плотность чугуна;
- объем отливки,
вычисленный по формуле
. (2)
см3.
г = 1,792 кг.
Оптимальную
продолжительность заливки формы определим по формуле
,
(3)
где 
-
оптимальная продолжительность заливки, с;
- коэффициент
продолжительности заливки, зависящий от температуры заливки, рода сплава, места
подвода, материала формы и ряда других факторов;
- преобладающая толщина
стенки отливки, мм;
m
- масса жидкого металла, приходящегося на одну отливку в форме, кг. Подставляя
значения коэффициента 
;
средней толщины стенки отливки 
мм и 
кг,
в нашем случае масса прибыли 
, получим
с.
Определим среднюю
скорость подъема уровня металла в форме в процессе заливки 
по
формуле при высоте отливки С = 48,8 мм
.
(4)
мм/с.
Полученное значение выше
минимально допустимых значений для отливок с толщиной стенок 10…40 мм.
Суммарную площадь узкого
сечения литниковой системы для одной отливки определим по формуле
,
(5)
где 
-
суммарная площадь узкого сечения литниковой системы на одну отливку, см2;
m
- масса жидкого металла, приходящегося на одну отливку в форме, кг;
- оптимальная
продолжительность заливки, с;
- общий гидравлический
коэффициент сопротивления формы;
- плотность заливаемого
чугуна, г/см3;
- средний
металлостатический напор в форме определяем по формуле
.
(6)
мм.
Подставляя в формулу (5)
значения 
кг;
;
с;
г/см3;
g = 981 см/с2 и Нср = 9,5 см (при подводе
металла сбоку), получим
см2.
Для сужающихся
литниковых систем является
суммарным сечением питателей для отливки. При подводе металла к отливке площадь
питателя составит 
см2.
Поперечные сечения
шлакоуловителя 
и
стояка 
зависят
от числа отливок в форме, конструкции литниковой системы и соотношения сечений
элементов системы [7]. При 
:
:
=
1,0:1,1:1,2 для четырех отливок в форме 
см2 и 
см2.
Определим размеры
поперечных сечений элементов литниковой системы (рис. 2):
Рис. 2. Схема расположения отливок в
опоке
- размеры
питателей трапецеидальной формы (рис. 3)
Рис. 3. Поперечное сечение
питателей:
см2;
см2;
Количество
- 4 шт.
, (7)
где 
и
-
верхнее и нижнее основания питателя, (
);
- высота питателя (
).
Подставив в формулу (7)
значения ,
получим
см,
см,
см;
- размеры
шлакоуловителя трапецеидальной формы, питающего две отливки (рис. 4)
Рис. 4. Поперечное сечение
шлакоуловителей
см2;
см2;
Количество
- 2 шт.
,
(8)
где 
и
-
верхнее и нижнее основания питателя, (
);
- высота питателя (
).
Подставив в формулу (7)
значения ,
получим
см,
см,
см;
- диаметр
стояка, питающего четыре отливки (рис. 5)
,
(9)
см,
см.
Рис. 5. Поперечное сечение стояка
см2
9.
Определение габаритов опок (для песчаных форм) и расчет крепления формы
Формы изготовляются
на автоматической линии модели КЛ2301 в опоках с размерами 360Ч400Ч200 мм.
Расчет массы груза,
накладываемого на форму перед заливкой, можно выполнить по формуле
,
(10)
где 
-
масса груза, предотвращающего поднятие верхней полуформы, г;
- коэффициент запаса,
учитывающий гидравлический удар металла;
- плотность жидкого
чугуна, г/см3;
- объем столба чугуна в
верхней полуформе, см3, определяем по формуле
см3. (11)
- масса верхней
полуформы, г, определяем по формуле
,
(12)
где 
-
масса смеси верхней полуформы, определяем по формуле
г,
отливка литниковый
опока
- масса верхней опоки,
определяем по формуле
г.
г.
Подставляя в формулу
значения 
;
г/см3;
см3;
и 
г,
получаем
кг.
Т.к. значение расчетной
массы груза, предотвращающего поднятие верхней полуформы, отрицательное, то на
данную опоку при заливке не требуется накладывать дополнительный груз.
10. Выбор состава
формовочной смеси
Для достижения заданных
поверхностных эффектов выбираем состав формовочной смеси для чугунного литья по
табл. 3.8 [17] и приводим его в табл.
Состав формовочной смеси
для чугунного литья
|
Способ уплотнения
|
Состав смеси, %
|
Свойства смеси
|
|
оборотная
|
кварцевый песок
|
бентонит
|
уголь
|
крахмальные добавки
|
ПАВ
|
влажность, %
|
прочность на сжатие, кПа
|
газопроницаемость, усл. ед., не менее
|
формуемость, %
|
текучесть, %
|
|
1
|
95,5…97,5
|
2…4
|
0,2…0,3
|
0,1…0,2
|
0…0,05
|
0,01…0,03
|
3,4…3,8
|
60…90
|
10
|
75…80
|
40…45
|
70…75
|
В условиях
крупносерийного производства мелких и средних отливок в сухие песчано-глинистые
формы окраска форм не требуется.
11.
Разработка системы контроля технологии и качества отливок
При изготовлении
отливок производится большой комплекс работ по технологическому контролю на
всех стадиях получения отливки. Контролю подвергаются исходные формовочные
материалы, формовочная смесь, процесс сборки формы, состав и температура
заливаемого металла.
Качество отливок
должно соответствовать требованиям технических условий.
Библиографический
список
1. Абрамов, Г.Г. Справочник
молодого литейщика / Г.Г. Абрамов, Б.С. Панченко. - М.: Высшая школа, 1991. -
319 с.
. Могилев, В.К. Справочник
литейщика / В.К. Могилев, О.И. Лев. - М.: Машиностроение, 1988. -272 с.
. Курдюмов, А.В.
Производство отливок из сплавов цветных металлов: учебник для вузов / А.В.
Курдюмов, М.В. Пикунов, В.М. Чурсин, Е.Л. Бибиков. - М: Изд-во МИСиС, 1996. -
504 с.
. Воздвиженский, В.М.
Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении: Учебное пособие для
вузов / В.М. Воздвиженский, В.А. Грачев, В.В. Спасский. - М.: Машиностроение,
1984. - 432 с.
. Изосимов, В.А. Решение на
ЭВМ технологических задач по литейному производству: учеб. пособие / В.А.
Изосимов. - Челябинск: Изд-во ЧПИ, 1983. - 73 с.
. Сафронов, В.Я. Справочник
по литейному оборудованию / В.Я. Сафронов. - М.: Машиностроение, 1985. - 320 с.
. Технология изготовления
литейных форм: учеб. пособие к лабораторным и практическим занятиям / Б.А.
Кулаков [и др.] - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1998. - 96 с.
. Титов, Н.Д. Технология
литейного производства / Н.Д. Титов, Ю.А. Степанов. - М.: Машиностроение, 1985.
- 400 с.
. Василевский, П.Ф.
Технология стального литья / П.Ф. Василевский. - М.: Машиностроение, 1974. -
408 с.
. Справочник по чугунному
литью / Под ред. Н.Г. Гиршовича. - М.: Машиностроение, 1978. - 756 с.
. Формовочные материалы и
технология литейной формы: Справочник / Под ред. С.С. Жуковского. - М.:
Машиностроение, 1993. - 432 с.
. Власов, А.Ф. Справочник
конструктора модельной оснастки / А.Ф. Власов, П.В. Васильев. - М.:
Машиностроение, 1980. - 125 с.
. Иванов, М.П. Словарь-справочник
по литейному производству / М.П. Иванов. - М.: Машиностроение, 1990. - 384 с.
. Кондрашов, В.А.
Технологическая оснастка литейного производства: учебное пособие к курсовому
проекту / В.А. Кондрашов, В.И. Швабауэр. - Челябинск: Изд-во ЧГТУ, 1991. - 68
с.
. Илларионов, И.Е.
Формовочные материалы и смеси / И.Е. Илларионов, Ю.П. Васин. - Чебоксары:
Изд-во Чуваш. ун-та, 1992. - 223 с.
. Теория литейных процессов:
учебное пособие / Л.Г. 3 наменский [и др.] - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1999. -
161 с.
. Дубровин, В.К. Технология
литейного производства. Формовочные материалы: учебное пособие / В.К. Дубровин,
И.Н. Ердаков, А.В. Карпинский. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. - 139 с.