Реферат: Разработка технологии процесса изготовления отливки

--PAGE_BREAK--1.9 Расчет прибылей
Прибыли применяются для получения плотных отливок без дефектов усадочного происхождения: раковин и пористости. В процессе формирования отливки прибыль составляет с нею единое целое и располагается таким образом, чтобы металл, сохраняющийся в ней в жидком состоянии, мог непрерывно поступать в затвердевающие части отливки для компенсации уменьшения их объема.

Для выполнения своего назначения прибыль должна удовлетворять следующим требованиям:

— затвердевать позже отливки;

— в течение всего периода затвердевания отливки иметь необходимый для питания избыток жидкого металла.

Расчет размеров прибылей проводится на ПЭВМ. Результаты расчетов приведены в приложении В. Эскизы прибылей представлены на рисунке 1.8.
<img width=«332» height=«195» src=«ref-1_1492648454-7365.coolpic» v:shapes=«Рисунок_x0020_54»>

Рисунок 1.8 – Эскизы прибылей а)полушаровая, б)полушаровая полукольцевая закрытые
1.10 Расчет литниковой системы
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 размещаем по разъёму литейной формы и вне разъема.

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

Литниковая система включает следующие элементы:

1) стояк — вертикальный канал, соединяющий литниковую чашу (воронку) со шлакоуловителем;

2) Литниковый ход — горизонтальный трапецеидальный канал, соединяющий стояк с питателями;

3) 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;

4) питатель — горизонтальный канал, соединяющий шлакоуловитель с отливкой.

5) Литниковую чашу (воронку) – элемент литниковой системы для приема жидкого металла и его направления в стояк.

Для расчета литниковой системы необходимо знать положение отливки при заливке и места подвода металла, размещение моделей на плите.

Правильная конструкция литниковой системы должна обеспечивать:

— непрерывную подачу расплава в форму по кратчайшему пути, спокойное и плавное ее заполнение;

— улавливание шлака и других неметаллических включений;

— создание направленного затвердевания;

— минимальный расход металла на литниковую систему;

— исключение местных разрушений формы.

Расчет литниковой системы проведен на ПЭВМ. На рисунке 1.8 изображены площади сечения стояка, литникового хода и питателя. Результаты расчетов представлены в приложении В. Для расчета массу выпоров берем 1…2% от массы отливки.
<img width=«442» height=«166» src=«ref-1_1492655819-9493.coolpic» v:shapes=«Рисунок_x0020_19»> 

Рисунок 1.8 Сечения элементов литниково–питающей системы






Fст=34,6 см2

Fл.х.=17,3 см2

Fпит=34,6 см2

Кол. 1

Кол. 2

Кол. 2

∑ Fст=34,6 см2

∑ Fл.х.=34,6 см2

∑ Fпит=69,2 см2

а) стояк

б) литниковый ход

в) питатель



1.11 Расчет выпаров
Выпор служит для удаления воздуха и газов из полости литейной формы во время заливки ее жидким металлом. Кроме этого своего основного назначения выпор сигнализирует о конце заливки, уменьшает динамическое давление металла на форму и иногда служит для питания отливки (питающий выпор).

Выпоры устанавливают на самых высоких частях или в верхних местах отливки, имеющих замкнутый объем, из которого затруднен отвод воздуха и газов. При использовании закрытых прибылей на них также устанавливают выпоры. При определении мест установки выпоров избегают установки их на массивных частях отливки в связи с тем, что это приводит к образованию усадочных раковин под выпором.

Суммарную площадь поперечного сечения выпоров можно определить по формуле
<img width=«98» height=«36» src=«ref-1_1492665312-344.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042">; (1.8)
где ∑fв — суммарное сечение выпоров, м2;

Vотл — объем полости формы, м3;

τ — оптимальная продолжительность заливки формы расплавом, τ=51 с (прил. Г);

v- критическая скорость истечения воздуха через выпор, м/с.

Объем отливки определяют по массе жидкого металла, заливаемого в форму, Мж (прил. Д) и его плотности <img width=«15» height=«18» src=«ref-1_1492665656-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">ж:


<img width=«80» height=«45» src=«ref-1_1492665747-246.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1026">

(1.9)

Vотл=2542,3/7600=0,334513 м3.
Суммарная площадь выпоров равна
∑fв=2∙0,334513/51∙1= 0,013118 м2.
Критическая скорость vне должна превышать 1,0 м/с.

Так как Самой высокой точкой отливки является прибыль и их количество 9 шт., то принимаем что в отливке такое же количество выпоров.

Площадь сечения одного выпора можно определить по формуле
f=∑fв/nв, (1.11)
где ∑fв – суммарная площадь сечения выпоров;

nв– количество выпоров, принимаем 9 шт.
f=0,013118/9= 0,001458 м2
Диаметр 1 выпора равен
<img width=«120» height=«47» src=«ref-1_1492665993-331.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">м
Исходя из расчета, принимаем диаметр выпора 45 мм.






2. ВЫБОР РАЗМЕРОВ ОПОК
Литейная опока — приспособление для удержания формовочной смеси при изготовлении литейной формы, транспортировании ее и заливки жидким металлом.

Выбор оптимальных размеров опок и размещение моделей в опоке или на плите имеет важное значение. Большие габариты опок значительно увеличивают удельный расход формовочных материалов. Уменьшение размеров опок при одном и том же количестве моделей приводит к появлению различных дефектов (обвал частей формы, утечка металла из формы во время заливки и т.п.).

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

Выбираем рекомендуемую толщину слоев формовочной смеси на различных участках формы по таблице 8.10[4].

Минимально допустимая толщина слоя, мм:

– от верха модели до верха опоки – 200;

– от низа модели до низа опоки – 250;

– от модели до стенки опоки – 100;

– между моделью и шлакоуловителем –150;

– от кромки стояка до кромки модели – 100.






<img width=«282» height=«373» src=«ref-1_1492666324-17867.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">

Рисунок 1.9 Эскиз расположения отливки в форме
Полученные данные позволяют определить минимальные размеры опок, которые окончательно уточняют по ГОСТ 2133-75, при этом расчетные значения увеличивают до ближайшего регламентированного размера. Этот же ГОСТ устанавливает расстояние между осями центрирующих отверстий и средние размеры опок из различных материалов.

Выбираем опоки с размерами в свету 2500Ч2000Ч<img width=«20» height=«36» src=«ref-1_1492684191-349.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">ГОСТ 14994–69, ГОСТ 14995–69.






3. ВЫБОР ФОРМОВОЧНОЙ И СТЕРЖНЕВОЙ СМЕСИ
В единичном к серийном производстве средних и крупных отливок используют облицовочную и наполнительную смеси.

К стержневым смесям предъявляют более жесткие требования, чем к формовочным.

Прочность стержней в сухом состоянии, и их поверхностная твердость должны быть выше этих же параметров формы. Стержневые смеси должны иметь большую огнеупорность, податливость и небольшую гигроскопичность, особенно при формовке по-сырому; высокую газопроницаемость и малую газотворную способность, хорошую выбиваемостъ.

Для нашей отливки в качестве формовочной смеси выбираем облицовочную и наполнительную ХТС, состав которых приведен ниже.

Облицовочная смесь для крупных отливок:

песок кварцевый ………….…. 100%;

смола фурановая ……………. 1,5%;

паратолуолсульфокислота …. 0,3%;

диацетат ……………………… 0,3%.

Наполнительная смесь имеет такой же состав, как и облицовочная только вместо свежего песка применяется регенерат.

В качестве стержневых смесей применяем ХТС с составом облицовочной смеси.

Для уменьшения пригара полость формы окрашивается противопригарной краской, состав которой приведен в таблице 3.1[7].
Таблица 3.1 – Состав противопригарной краски

N

Назначение краски

Циркон

Пуль-верба-келит

Смола ПВБ (поли

винилбути-раль)

Смола К-9

Спирт гидролизо-ванный

Плотность краски

Безвод-ная краска

Для крупного литья

60

4

2,5

6

36

1,85…1,95






4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНАСТКИ
Оснастка – это набор инструментов (модели, стержневые ящики и т.д.), которые используют при изготовлении формы.

Класс точности оснастки выбирается в зависимости от класса размерной точности отливки (табл. 3.1 [4]). Класс точности оснастки для данной отливки 8.

Размер модели и стержневых ящиков необходимо рассчитывать с учетом линейной усадки (табл. 3.8 [4]).

Поскольку отливка «ступица» из стали 30Л, величина усадки составляет 0,3%.

Размер модели определяется по формуле
Lм=Lотл+ Lотл∙<img width=«30» height=«41» src=«ref-1_1492684540-149.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">± Тм,(3.1)
где Lотл – расчетный размер отливки, включающий припуски на механообработку, мм;

Тм – допуск модели;

у – усадка сплава отливки, %.

Размер модели в районе стержневых знаков должен учитывать зазор между знаком и стержнем — 2,2 мм. Результаты расчета размеров модельного комплекта приведены в табл. 4.1
Таблица 4.1 – Результаты расчета размеров модельного комплекта, мм

размер отливки

размер модели

размер отливки

размер модели

размер отливки

размер модели

ш1442,0

1446,3±2,0

R675,0

677,0±2,0

R20,0

20,1±0,5

ш322,0

327,4±1,5

R270,0

270,8±1,0

H242,0

242,7±1,0

ш1350,0

1358,5±2,0

R280,0

280,8±1,0

H282,0

282,8±1,0

ш540,0

537,2±2,0

R665,0

667±2,0

H35,0

35,1±0,5

ш180,0

180,5±0,8

R75,0

75,2±0,5

H20,0

20,1±0,5

ш322,0

323,0±1,5

R40,0

40,1±0,5

H127,0

127,4±0,8

R662,0

664,0±2,0

R30,0

30,1±0,5

Н404,0

405,2±1,5



4.1 Проектирование модели
Модель выполняется цельной по III классу прочности из древесины хвойных пород. Ширина доски не превышает 150 мм. Технические требования приведены ниже [6].

Для данного класса прочности применяется древесина любых пород, сортов и размеров. Переклейка древесины производится по необходимости. Каркасы крупных и средних моделей могут быть изготовлены на контурных рамках, раскрепленных деревянными стойками из тонкомера. Каркасы цилиндрических моделей могут выполнятся на стойках и кольцах. Крепление неотъемных частей моделей допускается на гвоздях и шпильках. Угловые соединения коробчатых пустотелых моделей может быть произведено различными способами. Установка координатных металлических пластин обязательна. Расчерчивание моделей по телам и центрам с простановкой мест прибылей обязательно. Допускается изготовление стержневых ящиков с разъемом на клиньях. Все галтели до радиуса 15 мм выполняются подмазкой, свыше 15 мм – вклейкой или врезкой деревянных планок. Облицовка поверхностей моделей твердыми породами древесины или обивка железом не требуется. Покраска модельных комплектов для машинной формовки производится лаком один раз.
4.2 Проектирование стержневых ящиков
На изготовление стержней требуется три стержневых ящика:

— ящики для стержней №1 и №2 – разъемные;

— ящики для стержней №3 – вытряхной.

Стержневой ящик №1 изготавливается из косяков (секторов), которые крепятся между собой нагелями с предварительной посадкой на клей. Сектора укладываются друг на друга в шахматном порядке. Половинки ящика соединяются болтовой стяжкой. Для более точного соединения они снабжены фланцевыми дюбелями, которые так же служат для усиления стяжки. Ящик оборудован двумя полосовыми подъемами для облегчения его перемещения по цеху.






5. РАСЧЕТ МАССЫ ГРУЗА
Жидкий металл, заполняющий полость формы, оказывает давление на стенки формы. Боковые и нижние стенки формы должны иметь достаточную прочность, чтобы противостоять давлению металла, а верхняя полуформа должна быть прижата к нижней с определенным усилием, чтобы металл не приподнял ее и не растекся по разъему формы. С этой целью перед заливкой формы скрепляют или нагружают, предварительно подсчитав давление жидкого металла на верхнюю полуформу. Иногда давление жидкого металла может быть весьма значительным, тогда форму устанавливают в кессон и уплотняют с боков формовочной смесью, а сверху кладут грузы.

Для расчета массы груза необходимо знать силу с которой металл действует на верхнюю опоку. Ее можно определить по формуле
Fмет =ρж.м.∙g∙H∙S(5.1)
где ρж.м. – плотность жидкого металла (для стали 7600 кг/м3);

g – ускорение свободного падения, g=9,8 м/с2;

H – высота столба металла в форме + прибыль, м;

S – площадь отпечатка формы по крайним точкам, м2;
Fмет=7600∙9,8∙0,694∙0,816=42178 Н.
Усилие стержней находится по формуле
Fст.= ΣVст.∙g∙(ρж.м. — ρст.), (5.2)
где ΣVст – суммарный объем всех стержней, ΣVст=0,514 м3;

ρст. – плотность стержневой смеси, ρст.=1600 кг/м3;




Fст=0,514∙9,8∙(7600-1600)=30223 Н.
Суммарное усилие
ΣFвсп.= Fст+ Fмет=30223+42178=72401 Н.
Для расчета массы груза так же требуется знать силу тяжести верхней полуформы. Определим ее по формуле
Fт=(Моп+Мсм.)∙g,(5.3)
где Моп. – масса опоки, Моп=1950 кг [8];

Мсм. – Масса формовочной смеси в верхней опоке, кг
Мсм.=Vоп∙ρсм.,(5.4)
где Vоп – объем опок по размерам в свету, м3

ρсм – плотность смеси, ρсм=1600 кг/м3;
Мсм.=2,5∙1600=4000 кг,

Fт=(4000+1950)∙9,8= 58310 Н.
Исходя из того, что Fт<ΣFвсп. видно, что необходима установка груза. Масса груза находится по формуле
<img width=«177» height=«49» src=«ref-1_1492684689-521.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">; (5.5)

<img width=«240» height=«44» src=«ref-1_1492685210-528.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">кг.




Принимаем груз массой 2000 кг.






6. ЗАЛИВКА ФОРМЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ ЗАЛИВАЕМОГО КОВША
Качество отливок во многом зависит от температуры заливки, поэтому необходимо стремится заливать формы сталью с высокой температурой (от 1550 до 1450 0С), хотя при этом в отливках возникает больше напряжений и увеличивается склонность к образованию горячих трещин. При заливке форм сталью с более низкой температурой в отливках появляется много газовых раковин и шлаковых включений.

Сталь в форму можно заливать из стопорных, чайниковых и др. ковшей Перед выпуском стали из печи ковши должны быть чистыми и сухими с нагретой до красна футуровкой; при недостаточном нагреве ковша сталь в нем быстро охлаждается и в ковше образуются настыли.

В условиях мелкосерийного производства при изготовлении крупных по массе отливок допускается из одного ковша заливать не более двух форм.

Емкость ковша определяется по формуле
Vк=1,2∙n∙M,(6.1)
где n – количество заливаемых форм, принимаем n=1;

М – металлоемкость формы, кг (прил. Д);
Vк=1,2∙1∙2542,3=3050,8 кг.
Принимаем емкость ковша 3т.






7. РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТЛИВКИ
После заливки формы отливка охлаждается и затвердевает.

Полностью затвердевшая отливка должна определенное время охлаждаться с формой, т.к. прочность металла при высоких температурах мала и отливка может быть разрушена при преждевременной выбивке из формы. Кроме того, выбивка при высокой температуре нежелательна, потому что охлаждение ее на воздухе неравномерно: тонкие части будут охлаждаться быстрее массивных, что вызовет появление в отливке внутренних напряжений, ее коробление и даже трещины.

Для сокращения продолжительности охлаждения отливок, особенно массивных, используют различные методы принудительного охлаждения: формы обдувают воздухом; в формы при формовке укладывают змеевики или трубы, по которым пропускают воздух или воду и др. При этом качество отливок не ухудшается.

Длительное нахождение отливки в форме нежелательно, т.к. это приводит к снижению производительности литейных цехов.

Расчет продолжительности охлаждения отливок в форме проведен на ПЭВМ. Результат расчета приведен в приложении Д.






    продолжение
--PAGE_BREAK--