Зерновая составляющая, %
|
Связующие добавки
|
вода
|
Циркон
|
Б
|
ССБ
|
30,0
|
90
|
2,0
|
8,0
|
|
9. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ СТЕРЖНЕВЫХ ЯЩИКОВ
Стержневой ящик для изготовления стержня №1.
Стержень №1 изготовляют в стержневом металлическом ящике, выполненном из
сплава алюминия АЛ26. Конструкция стержневых ящиков должна обеспечивать
жесткость и прочность при минимальной массе. Для получения стержней применяют
машины стержневые пескодувные для изготовления стержней, отверждаемых в
оснастке, типа 23225А2, производительность которой 120 шт/ч.
10. ВЫБОР УРОВНЯ И МЕСТА ПОДВОДА МЕТАЛЛА. КОНСТРУКЦИЯ ЛИТНИКОВО -
ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ
Литниковой системой называют совокупность элементов литейной формы в виде
каналов и полостей, предназначенных для подвода расплава в форму, ее заполнения
и питания отливки при затвердевании.
Конструирование литниковых систем с элементами соответствующих форм и
размеров ее элементов является ответственной частью проектирования технологии
литейного производства. При не правильном подводе металла даже в хорошо
изготовленную форму можно получить дефекты отливки. Правильно сконструированная
литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям:
.Обеспечить плавное заполнение формы металлом и питание отливки в
процессе её затвердевания.
.Способствовать получению отливки с точными размерами, без поверхностных
дефектов.
.Способствовать направленному затвердеванию отливки.
.Расход металла на литниковую систему должен быть минимальным.
Для разработки конструкции литниковой системы необходимо выбрать место
подвода металла. Выбор места зависит от свойств сплава, конструкции отливки,
возможности направленного затвердевания. Подводить металл в форму следует таким
образом, чтобы исключить возможность размыва стенок формы. В нашем случае
металл подводим в ушки отливки, так как это обеспечивает лучшее заполнение
формы металлом.
Для подвода металла в полость формы выбираем сужающуюся замкнутую
литниковую систему, которая состоит из воронки, стояка, двух шлакоуловителей,
расположенных в верхней полу форме, а так же восьми питателей расположенных в
нижней полуформе. Такой тип литниковых систем применяют при изготовлении
широкой номенклатуры отливок из всех сплавов, отливок разнообразной сложности и
массы.
11.
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ
11.1
Расчет прибылей и холодильников
При расчете определяют размеры прибылей в зависимости от их
конструктивного оформления. При определении размеров прибыли необходимо
соблюдать следующие требования:
продолжительность затвердевания прибыли должна быть больше
продолжительности затвердевания отливки;
прибыль должна иметь запас жидкого сплава для компенсации объемной усадки
питаемого узла отливки и самой прибыли.
Расчет прибылей будем производить по методу Й. Пржибыла. Следуя
выбранному методу, рассчитаем объем прибылей, необходимый для питания массивных
частей по формуле [2]:
пр = (Vп.у. ∙ εVΣ)/(
β - εVΣ), (1)
где Vпр и Vп.у. - объем прибыли и питаемого узла
отливки;
β - коэффициент экономичности прибыли,
равный отношению объема усадочной раковины Vус.р. к объему сплава в
прибыли, β = Vус.р./ Vпр; εVΣ - суммарная относительная объемная
усадка сплава.
Суммарная относительная объемная усадка сплава зависит от температуры
заливки. Для среднеуглеродистых сталей рассчитывается по формуле [2]:
εVΣ = 0,03+0,00016
ΔТ, (2)
где ΔТ - перегрев сплава над температурой ликвидуса Тл.
Для среднеуглеродистых сталей ΔТ = 70°, следовательно
εVΣ = 0,03 + 0,00016•100 = 0,046
Коэффициент экономичности прибыли β зависит от формы прибыли,
теплофизических условий ее работы и характера затвердевания сплава.
Для отливок из стали и высокопрочного чугуна коэффициент β
можно принять равным:
0,08-0,09 [2]. Принимаем значение коэффициента β = 0,09.
Далее рассчитываем объем питаемого узла.
Vпу=3.14*152*47.6*- 3.14*9.52
*47.6 + 3.14*162 * 3.5=22953см3
Vпу = 22953см3
Vпр=(22953*0,046)/(0,09-0,046)=23996 см3
(4)
11.2 Расчет оптимального времени заливки
Одним из условий качественного заполнения формы сплавом является
заполнение этой формы расплавом за некоторое оптимальное время. Опыт
показывает, что для каждой отливки существует оптимальная продолжительность
заливки формы - τзал, соответствующая неравенству:
τmin
≤
τзал ≤
τmax ,
где τmin - минимально допустимая продолжительность заливки формы,
определяется:
а) временем, необходимым для полного удаления из формы воздуха и газов;
б) возможностью размывания поверхности формы и стержня;
в)нежелательностью увеличения сечения литниковых каналов по экономическим
соображениям.
τmax - максимально допустимая
продолжительность заполнения формы, определяется:
а) отводом тепла и снижением температуры сплава;
б) жидкотекучестью сплава (условием является получение отливки без спаев
и недоливов в тонких сечениях).
При выборе оптимальной продолжительности нужно учитывать уровень и место
подвода сплава. Расчет оптимальной продолжительности заливки формы ведется по
формуле Г. М. Дубицкого [2]:
τопт = S1 ∙ 3√
δ ∙ G, (5)
где S1 - коэффициент продолжительности заливки, зависящий от
температуры жидкого металла, рода сплава, места подвода сплава, материала
формы;
δ - преобладающая толщина стенки отливки,
мм;- масса жидкого сплава в форме, приходящегося на одну отливку, кг.
Значение коэффициента для стальных отливок, при нормальной температуре
перегрева (~100ºС) и подводе металла на ½ высоты: S1 = 1,4.
Преобладающая толщина стенки δ равна толщине стенки наиболее
протяженной или наиболее удаленной от питателей. На практике δ
= δотл, если ее протяженность L >
4 δотл. Наша отливка полностью
удовлетворяет условие L>4δотл, следовательно δ
= 25 мм.
Масса жидкого сплава в форме, приходящегося на одну отливку:
ж = N∙ Gотл + Gприб + Gл.с., кг (6)
где Gотл - черновая масса отливки, кг; Gприб и Gл.с.
- масса прибылей и литниковой системы.
Масса прибылей равна: Gпр
= ρ*Vпр, где ρ - плотность жидкой стали, ρ
= 7200 кг/м3.
Gпр = 86.3 кг
Масса литниковой системы: Gлс = 0,06Gж [2], следовательно масса жидкого сплава заливаемого в форму
равна:
Gж=1*560+2*86.3+0.06Gж (7)
Gж =776.5 кг
Т.к. все составляющие, для нахождения τопт известны, то
τопт = 1,4 * 3√110 *
776.5 = 61.6с.
Раз нам известно τопт , то мы можем найти интервал времени
заливки расплава в форму, в котором отливка получается качественной.
.3 Площадь узкого места литниковой системы находим из уравнения [7]:
= ,
где
Gж - масса жидкого сплава, залитого в форму через литниковую
систему.
ρж -
плотность сплава при температуре заливки,(0,00753 кг/см3);
μ - коэффициент расхода литниковой системы;
μ = 0, 32 (принимаем согласно [8]);
g -
ускорение свободного падения, см/с2;
g =
981 см/с2р - действующий напор, см;
Hр = H0 - (p2 / (2c)),
Где H0 - высота, с которой подается сплав ;p - расстояние от
уровня подвода сплава к полости формы до ее верхней плоскости; c - высота
полости формы.
р = 245 - (2552 / 2∙476)=177см
= = 87.5
В конструкции литниковой системы предусмотрено два питателя,
следовательно площадь поперечного сечения одного питателя равна 43.75 см2
11.4
Расчет площадей поперечного сечения остальных элементов литниковой системы
Осуществляется по эмпирическим соотношениям, зависящим от сплава и
положения узкого места системы. На основании практического опыта, рекомендуемые
соотношения площадей поперечного сечения элементов литниковой системы для
стали:
ωпит : ωшл
: ωст = 1 : 1,2 : 1,4 (12)
Откуда следует, что
ωшл =(1.2*43.75)/2=26.25 см2
ωст =1.4*43.75=61.25 см2
11.5
Конструирование элементов литниковой системы
а) Воронка.
Литниковая воронка служит для приема жидкого сплава, поступающего из
ковша. Воронка должна гасить кинетическую энергию падающей из ковша струи и
обеспечивать плавное поступление сплава в стояк.
Диаметр верхней части воронки D=2,85*dст.в=2,85*4.4=16.53 см, высота воронки Hв=D=16.53см,
диаметр нижней части воронки dст.в=5.8 см
б) Стояк.
Стояк будем размещать вертикально. Вследствие того, что литниковая
система замкнутая, то стояк делаем коническим, сужающимся к низу. Конусность
стояка зависит от его высоты. При высоте стояка 120 мм, конусность равна: d
ст.в - d ст.н = 3 мм [2]. Из формулы для нахождения площади круга
находим dстн =
2√(ωст / 3,14) мм; dстн = 2*√(61.25/3,14) =8.83cм, тогда диаметр верхнего сечения
стояка: dств = 8.83 + 0.3 = 8.86 cм.
в) Шлакоуловители.
В нашей литниковой системе предусмотрено два шлакоуловителя. Поперечное
сечение шлакоуловителя представляет собой равнобедренную трапецию. Соотношение
оснований трапеции: b=0,75a, h = a [2].
а - нижнее основание трапеции, b - верхнее основание трапеции,
Из формулы для нахождения площади трапеции находим длину нижнего
основания: wшл=11.55 см2
(13)
Следовательно:
b = 0,75*3.63 =2.72 см, h=a=3.63
см.
Общая
длина шлакоуловителей 58 см.
г)
Питатели.
Поперечное
сечение представляет собой равнобедренную трапецию. Рекомендуемое
геометрическое соотношение оснований трапеции: b=0,8*а, h=a.
В формуле а - нижнее основание трапеции, b - верхнее основание трапеции, h- высота шлакоуловителя. Из формулы нахождения площади
трапеции находим длину нижнего основания: wпит=2.51 см2.
а= (14)
Следовательно,
b=0,75*1.7=1.3 см, h=1.7 см
12.
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ
.1
Изготовление форм
Для изготовления литейной формы применяют следующие операции при
использовании прессовой машины.
Подготовка технологической оснастки. Осматривают подмодельную плиту, со
смонтированными на ней моделями и литниковой системой, проверяют надежность
крепления моделей и литниковой системы к подмодельной плите. Перед формовкой
модели должны быть очищены щеткой или легкой струей сжатого воздуха от пыли и
мусора. С целью предупредить прилипание формовочной смеси к модели и модельным
плитам, их протирают или опрыскивают смесью керосина с мазутом из
пульверизатора, после чего на плиты по штырям накладывают опоки. Затем
устанавливают стояки литниковой системы. На столе прессовой машины укрепляют
модельную плиту с моделью.
Заполнение опок смесью и её уплотнение. Смесь из смесеприготовительного
отделения по ленточным транспортерам поступает в бункера, расположенные над
формовочными машинами. Наложив на опоку наполнительную рамку, включают питатели
бункеров над машинами; опоку с рамкой наполняют смесью до верха. Выше
наполнительной рамки расположена траверса с прессовой колодкой. Прессовая
колодка входит внутрь рамки, вытесняя из нее формовочную смесь в опоку. Нижняя
плоскость колодки в конце прессования доходит до уровня верхней кромки опоки.
Затем снимают наполнительную рамку, формовочную смесь срезают заподлицо.
Извлечение модели из формы. Извлечение модели из формы является
ответственной технологической операцией, непосредственно влияющей на получение
хорошего, без повреждений отпечатка моделей с правильной геометрией. При
машинной формовке выем модели полностью механизирован и осуществляется двумя
способами: либо модель вынимают из формы, либо форму снимают с модели. При
машинном извлечении модели отделение формовочной смеси от стенки модели
облегчается благодаря применению вибрации. Вибрацию создают присоединенные к
модельной плите пневматические расталкиватели - вибраторы.
Отделка формы. Отделка формы включает в себя проверку плотности и
равномерности набивки формы, выполнение галтелей там, где они не оформлены
моделью, исправление возможных дефектов формы и припыливание. После отделки
формы передают на сборку.
12.2
Изготовление стержней
Подготовка стержневого ящика. Включают систему нагрева ящиков. После
достижения определенной температуры производят очистку и нанесение на рабочую
поверхность ящика разделительного покрытия для уменьшения прилипаемости и облегчения
их извлечения. Разделительные покрытия должны иметь термостойкость не менее 3000С,
обеспечивать многократный с минимальным усилием съем стержней с оснастки после
разового нанесения покрытия, незначительное газовыделение и образование
минимального нагара, а также они должны быть недефицитными. Наиболее
распространено покрытие СКТ-Р, представляющий собой 3-4-процентный раствор
каучука СКТ в уайт-спирите [1].
Подготовка песчано-смоляных смесей. Влажные песчано-смоляные смеси,
отверждаемые в нагретой оснастке, приготовляют в лопастных смесителях в течение
5-6 мин. В процессе приготовления производят плакирование, т.е. покрытие зерен
песка равномерной и прочной пленкой связующего.
Заполнение ящиков влажными песчано-смоляными смесями пескодувным способом.
При этом смесь не успевает нагреться до температуры отверждения, не теряет
подвижности. Принцип работы заключается в том, что смесь транспортируется
сжатым воздухом через вдувные отверстия из пескодувного резервуара в полость
нагретого стержневого ящика, и, заполняя его, одновременно в ней уплотняется.
Поступающий же сжатый воздух эвакуируется из стержневого ящика через венты.
Извлечение стержня. После заполнения нагретого ящика под действием
теплоты стержень отверждается и приобретает прочность, достаточную для его
извлечения без деформаций и повреждений. Время выдержки (15-180с) зависит от
состава и свойств смеси, температуры нагрева ящика, конфигурации и массы
стержня и других факторов [4]. После окончательного затвердевания стержня на
воздухе его извлекают из стержневого ящика с помощью связанной системы
толкателей. Производят при необходимости отделку стержня. Тщательно заделывают
выявленные неплотности, повреждения. Отделанный стержень окрашивают
противопригарной краской, после чего передают на сборку.
12.3
Сборка литейных форм
Сборка литейных форм является заключительной операцией перед заливкой их
расплавом, поэтому особое значение имеет контроль всех элементов форм и
материалов, используемых на сборочном участке. Полу формы и стержни, поступившие
на сборку, тщательно осматривают, не допуская поврежденные формы и стержни. При
сборке литейных форм нижнюю полу форму устанавливают в строго горизонтальном
положении. Перед сборкой полость формы продувают сжатым воздухом, чтобы удалить
из нее частицы смеси и инородные тела. Стержни устанавливают в нижнюю полу
форму, строго следя за тем, чтобы знаки стержня точно становились в отпечатки
знаков модели. Если знак не подходит, то подгонка его подпиливанием не
допускается. После сборки пыль и остатки смеси с верхнего ряда стержней
собирают пылесосом. Каналы литниковой системы тщательно продувают. При
соединении верхней и нижней полу форм прокладывают асбестобитумный шнур или
глину по разъему формы и знакам стержней, чтобы предотвратить засорение формы.
Асбестобитумный шнур или глину накрывают бумагой. При обнаружении дефектов
соединения, их устраняют.
12.4
Заливка литейных форм и финишная обработка отливок
отливка формовочный припуск оснастка
После сборки литейных форм, их заливают расплавом. Температура заливки
форм 16000С. Отливки выдерживают в форме ~1 ч., после чего формы
отправляют на выбивку (температура выбивки - 700-6000С) [1]. Выбивку
отливок из литейных форм производят на специализированном оборудовании -
инерционных выбивных решетках. Далее отливки поступают в очистное отделение для
очистки, обрубки и отделки. Перед очисткой отливки внимательно осматривают.
Отливки с явным браком откладывают, на очистку они не поступают.
Технологический процесс очистки включает в себя следующие операции: удаление стержней,
отделение литников, выпоров, прибылей, очистку от приставшей формовочной смеси,
удаление заусенцев, контроль качества отливок. Удаление стержней из отливок
является трудоемкой операцией. Стержни, изготовленные из смесей на органических
связующих, обладают низкой вторичной прочностью, хорошей выбиваемостью. Поэтому
во многих случаях стержни выбивают из отливок в процессе отделения отливки от
формовочной смеси на выбивной решетке. Для отрезки прибылей и литников от
мелких стальных отливок используют ножовочные станки, дисковые станки, газовую
и дуговую резку. Очистка отливок и заусенцев происходят в результате трения
отливок друг о друга и о ребра в галтовочных барабанах непрерывного действия.
После зачистки и термообработки производят грунтование отливок, чтобы защитить
их поверхности от коррозии при длительном хранении и транспортировке.
12.5
Термическая обработка отливок
Процесс термической обработки отливок заключается в их нагреве и
охлаждении в определенном режиме. Термическая обработка литых деталей
способствует улучшению структуры, повышению механических свойств сплавов,
устранению коробления отливок за счет уменьшения внутренних напряжений перед
механической обработкой.
В данном случае рекомендуется провести закалку с последующим отпуском.
Закалку проводят при температуре 910ºС, отпуск - при 640-680ºС [1]. Охлаждающая среда - воздух.
После данного вида термообработки происходит улучшение микроструктуры,
уменьшение внутренних напряжений, повышение механических свойств.
12.6
Дефекты отливок и технический контроль качества
Дефекты отливок подразделяют на 5 больших групп по ГОСТ 19200-80 [4]:
дефекты поверхности, несоответствие по геометрии, несплошности в теле отливки,
включения и несоответствие по структуре. Способ исправления их выбирают в
зависимости от вида и характера дефекта. В нашем случае могут появиться:
пригар, залив, дефекты в виде раковин. Основная причина их возникновения - это
несоблюдение технологии приготовления формовочных и стержневых смесей,
технологии изготовления форм и стержней.
Пригар представляет собой шероховатую поверхность отливки с приварившимся
к ней слоем формовочной или стержневой смеси, оксидов расплава и продуктов их
взаимодействия с оксидами формовочных материалов. Причинами возникновения
дефекта могут быть: высокая температура заливки, низкая скорость заливки,
недостаточная огнеупорность формовочных материалов, несоблюдение рецептуры
формовочных и стержневых смесей, нарушение технологии приготовления смеси. Для
предотвращения появления пригара предусмотрели применение огнеупорных добавок в
состав формовочной и стержневой смеси и противопригарных красок.
Заливы на отливке по плоскости разъема формы или по стержневым знакам
получаются вследствие излишних зазоров по знакам, при неправильной отделке
формы или при недостаточной ее нагрузке.
Имеется большая вероятность появления усадочных раковин, причиной которых
является нетехнологичность конструкции отливки. Для предупреждения этих
дефектов были предусмотрены прибыли для питания массивных узлов отливки и
создания направленного затвердевания. При появлении мелких усадочных раковин их
исправляют наплавкой или заваркой.
Контроль качества выпускаемых отливок осуществляет отдел технического
контроля (ОТК). Основанием для контроля качества готовых отливок служат ГОСТы,
действующие технические условия, чертежи на отливку со специальными
конструктивными и технологическими требованиями к ней.
Заключение
В данной курсовой работе разработана технология изготовления средних
отливок цилиндрической формы «Кокиль» в условиях массового производства.
Для определения целесообразности изготовления отливок посчитаем
технологический выход годного для данной отливки. Он показывает, какое количество
от всей массы залитого сплава идёт на получение литой заготовки.
Технологический выход годного литья позволяет оценить правильность
спроектированной технологии и дает информацию на будущее для прогнозирования
экономики и разработки более эффективных технологий.
ТВГ
=
отл - черновая масса
отливки, кг,приб - масса металла, приходящаяся на прибыли, кг,л.с
- масса металла, приходящаяся на литниковую систему, кг.
ТВГ
=
Такой
показатель ТВГ считается нормальным для мелких стальных отливок [2]. Повышенный
расход жидкого металла связан в данном случае с особенностями конструкции
отливки, недопустимостью формирования усадочных дефектов в тепловых узлах и
необходимостью применения прибылей для стального литья.
Библиографический
список
.
В.Г.Сорокин. Марочник сталей и сплавов. - М.: Машиностроение, 1989. 640 с.
. И.А.Вайс.
Методические указания: Технология литейной формы. - Е: УГТУ - УПИ, 2005. 36
с.Н.Д. Титов, Ю.А. Степанов. Технология литейного производства. - М:
Машиностроение, 1985. 400с.
.
Г.Г.Абрамов, Б.С.Панченко. Справочник молодого литейщика. - М.: Высш. шк.,
1991. - 319 с. ил.
. Б. С.
Чуркин, Э. Б. Гофман, С. Г. Майзель, А. Ф. Афонаскин. Технология литейного
производства. - Е: Уральский государственный профессионально-педагогический
университет, 2000. 662с.
. П.Н.
Аксенов. Технология литейного производства. - М.: Государственное
научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1957. 510 с.
.
В.К.Могилев, О.И.Лев. Справочник литейщика. М: Машиностроение, 1988. 271с.
Похожие работы на - Технология изготовления отливки 'Кокиль' способом литья в песчаную форму в условиях массового производства