Разработка технологического процесса изготовления отливки

ВВЕДЕНИЕ

Большое значение в подготовке инженера-литейщика имеет технологическая и конструкционная подготовка, приобретение необходимых навыков в разработке технологического процесса изготовления отливки и выполнение расчетов и чертежей элементов литейной формы и оснастки.

Цель курсовой работы по дисциплине «Теория и технология литейного производства» - закрепить и углубить теоретические и практические знания по курсу, научиться пользоваться технической литературой, стандартами и другой технической документацией, необходимой для разработки технологии отливки, приобрести навыки в выполнении проектных работ по технологии литейного производства.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА СПЛАВА ОТЛИВКИ

Отливка «Ступица КЛ 0109101» изготавливается из высокопрочного чугуна марки ВЧ45 ГОСТ 7293-85. Чугун этой марки имеет перлитно-ферритную структуру матрицы, поэтому обладает высокой прочностью. Требуемые свойства ВЧ получают непосредственно в литом состоянии без термической обработки. Отличительной особенностью ВЧ является высокий уровень механических свойств (соответствующий свойствам стали), недостижимый ни в одном из других видов чугуна. ВЧ по сравнению с углеродистой сталью имеет следующие преимущества: более низкую температуру плавления, лучшую жидкотекучесть, меньшую склонность к образованию горячих и холодных трещин, меньшую плотность, более высокую прочность, износостойкость и лучшую обрабатываемость резанием. По сравнению с СЧ обладает более высокими прочностью, пластичностью, жаростойкостью и лучшей свариваемостью. Высокие свойства обусловлены шаровидной формой графита, который в значительно меньшей степени ослабляет рабочее сечение матрицы и не создает концентраторов напряжений, как пластинчатый графит. Вследствие более благоприятной формы графита модуль упругости ВЧ (Е = 140 - 180 ГПа) в 1,5-2 раза выше, чем модуль упругости СЧ с пластинчатым графитом при той же структуре металлической матрицы. В то же время циклическая вязкость ВЧ в 2- 4 раза ниже, чем циклическая вязкость СЧ с пластинчатым графитом ([1], стр. 69).

Химический состав ВЧ характеризуется повышенным содержанием углерода, составляющим 3,3-3,8% . Это обеспечивает хорошие литейные свойства чугуна, и, благодаря шаровидной форме графита, не снижает механических свойств.

Оптимальное содержание кремния, с точки зрения обеспечения хорошей пластичности, не должно превышать 1,9-2,9%. Марганец способствует формированию перлитной структуры, поэтому его содержание не должно превышать 0,7%. Содержание серы в ВЧ должно находиться на возможно более низком уровне (0,02%), так как она затрудняет процесс модифицирования и сфероидизации графита. Содержание фосфора обычно не превышает 0,1%. Хром даже в небольших количествах (до 0,1%) обеспечивает прочностные свойства чугуна. Следует также отметить, что ВЧ очень чувствителен к микропримесям многих элементов, влияющих на процесс сфероидизации графита ([1], стр. 76).

Химический состав высокопрочного чугуна марки ВЧ45 представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав ВЧ45 ГОСТ 7293-85

Механические свойства высокопрочного чугуна марки ВЧ45 представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Механические свойства ВЧ45 ГОСТ 7293-85

Шаровидную форму графита получают путем введения в жидкий чугун модификаторов, сфероидизирующих графит. Чаще всего это: Mg, Сa, Ce, Ni, Cu, Si и др. Магний вводят в количестве 0,15-0,45% от массы жидкого чугуна. Количество магния зависит от способа его ввода. Магний увеличивает жидкотекучесть, улучшает износостойкость и коррозионностойкость чугуна. Также для модифицирования чугуна применяют церий. Его расход составляет 0,2-0,3%. Церий оказывает на форму графита такое же влияние, как и магний. Литейные свойства и прочность чугуна модифицированного церием выше, чем при модифицированием магнием. Однако церий - очень дефицитный металл, поэтому его используют реже. Меньшее количество магния или церия не дает эффекта сфероидизации графита, а большее приводит к отбелу и «перемодифицированию» - образованию пластинчатого графита([2], стр.241).

Отрицательное влияние на формирование шаровидного графита оказывают примеси: Sn > 0,13 %, Sb > 0,025 %, Bi > 0,03 %, Ti > 0,04 %, As > 0,08 %, Al > 0,3 %, Cu > 1 %. Эти примеси, способствуя образованию пластинчатого графита, снижают прочностные и особенно пластические свойства высокопрочного чугуна ([3], стр. 166).

Литейные свойства ВЧ значительно отличаются от литейных свойств чугунов других типов. Они определяются главным образом повышенным содержанием С + Si и вследствие этого высокой степенью эвтектичности и большим углеродным эквивалентом. Жидкотекучесть ВЧ лучше, чем жидкотекучесть КЧ или СЧ высоких марок, что позволяет изготовлять ответственные фасонные отливки с минимальной толщиной стенки до 3-5 мм. Высокопрочный чугун склонен к образованию усадочных дефектов и трещин, свободная линейная усадка составляет ~1 %, т. е. практически равна усадке СЧ. Для предупреждения образования усадочных дефектов применяют питающие бобышки.

Рисунок 1 - Эскиз детали с технологией

Специальные свойства ВЧ обеспечивают ему существенные преимущества перед СЧ или КЧ. По герметичности ВЧ значительно превосходит СЧ (вследствие образования разобщенных шаровидных включений графита); кавитационная стойкость и жаростойкость также выше, чем у СЧ.

Применение ВЧ определяется хорошим сочетанием высоких механических, эксплуатационных и технологических свойств. Высокопрочный чугун находит применение в различных областях промышленности для большой номенклатуры деталей ответственного назначения массой от нескольких килограммов до нескольких тонн, работающих в условиях высоких статических, ударных и циклических нагрузок, ВЧ применяют также для деталей, работающих под большим давлением в насосных, гидравлических и газовых установках.

деталь заливка формовочный стержневой

2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ

Конструкция литых деталей должна быть технологичной, т.е., технологичность - рассматривается как совокупность свойств конструкций изделия, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций и изделий того же назначения при обеспечении установочных значений показателей качества в принятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта ([4]).

Конструкция отливки должна обеспечить удобство извлечения моделей из формы, что достигается при наименьшем количестве разъемов и отъемных частей.

Отливка относится к 3 классу сложности и представляет собой тело вращения.

Боковые полости в отливке выполняются при помощи шести стержней, что увеличивает трудоемкость изготовления отливки и соответственно снижает ее технологичность. Центральная полость отливки Ø70 мм получается при помощи одного стержня. Стержень имеет знаковые части для надежного крепления их в форме. Через эти знаковые части производится вывод газов, образующихся в стержне при заливке формы расплавом (см. рис. 1).

Модель для отливки "Ступица КЛ 0109101" может быть извлечена из формы без применения отъемных частей и имеет одну плоскость разъема.

Толщину стенки необходимо назначать с учетом требуемой расчетной прочности, жидкотекучести металла и заполняемости формы. Всякое увеличение толщины стенки приводит к замедлению скорости затвердевания металла и неоднородности структуры, что влечет за собой брак и снижение прочности детали. Толщина стенок отливки соответствует рекомендациям таблицы 3 (см. рис. 1).

Таблица 3 - Толщина стенок отливки в зависимости от ее массы

Переходы и углы сопряжения стенок исключают вероятность получения отливки с усадочными раковинами, пористостью и трещинами, что достигается за счёт введения в чертёж отливки плавных переходов от тонких сечений к сечениям большей толщины, а также радиусов закругления, галтелей, плавных сопряжений.

На поверхностях подвергающихся механической обработки предусматриваются припуски на механическую обработку. Припуски на механическую обработку назначаются в зависимости от допусков на размеры отливок, дифференцированно для каждого элемента отливки по ГОСТ 26645-85([5]) (см. рис. 1).

Конструкция детали предусматривает выход стержневых знаков (ГОСТ 3212-92). Уклоны на знаковых поверхностях назначаются согласно ГОСТ 3212-92. Значения технологических зазоров и назначают согласно ГОСТ 3212-92 ([6]) (см. рис. 1).

Отливка является 9-го класса точности размеров, 9-го ряда припусков на механическую обработку. Класс точности массы и степень коробления являются ненормируемыми показателями (ГОСТ 26645-85) ([5]).

3 ВЫБОР ПЛОСКОСТИ РАЗЪЕМА ФОРМЫ

Положение отливки в форме и разъём формы должны обеспечивать высокое качество отливки, минимальные затраты на её изготовление и на механическую обработку, минимальный расход металла и возможность применения механизации и автоматизации технологического процесса. Кроме того, надо стремиться к тому, чтобы размеры отливок, к которым предъявляются более жесткие требования по точности, не пересекались с линией разъёма формы. При заливке положение отливки должно быть выбрано с учетом вывода газов, предотвращения усадочных дефектов, получения точных размеров отливки. Число разъёмов должно быть наименьшим, а разъёмы должны быть плоскими. Разъем формы должен обеспечивать надежное крепление стержней. Отливку в форме следует располагать так, чтобы общая высота формы была наименьшей. Также желательно располагать отливку в нижней полуформе. Также разъём формы должен обеспечивать наименьшее количество дефектов по перекосам, а также минимальную протяженность литейных швов.

Если же плоскость разъема назначить на поверхность так, что бы отливка находилась только в нижней полуформе, то после извлечении модели нельзя будет установить стержни не разрушив формы.

4. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ

4.1 Изготовление форм

Выбор способа формовки (ручной, машинной, автоматической) зависит от размеров отливки, конфигурации и характера производства. Ручная формовка в почве применяется при изготовлении малоответственных и крупногабаритных отливок. Машинная формовка применяется в основном для мелких и средних отливок, а иногда и крупных в условиях серийного и массового производства. Формовка на автоматических линиях применяется только в условиях массового производства. Машинная формовка по сравнению с ручной имеет ряд преимуществ:

         повышенная производительность;

         возможность осуществления комплексной механизации и автоматизации процессов изготовления отливок;

         повышенная точность отливок и уменьшение припусков на механическую обработку.

Отливка «Ступица КЛ 0109101» изготавливается на автоматической линии (АФА - 30). Линия «АФА - 30» предназначена для изготовления отливок в разовых песчано-глинистых формах в литейных цехах с мелкосерийным, серийным и массовым характером производства.

Автоматическая формовочная линия «АФА - 30» имеет по две встряхивающие - прессующие формовочные машины типа ФРПА 30 - 1С для изготовления нижней и верхней полуформ. Транспортировка форм осуществляется на горизонтально - замкнутом левовращающемся литейном конвейере с тактовым шагом.

Уплотнение формовочной смеси производится встряхиванием и прессованием или встряхиванием и прессованием с подпрессовкой плоской нажимной плитой.

Модельная плита может нагреваться нагревательным устройством.

Охлаждение отливок осуществляется на литейном конвейере в опоке. Охлаждённые формы транспортируются к устройству выбивки форм. В этом устройстве форма на качающейся раме устанавливается с помощью передвижной тележки и в процессе выбивки выдавливается.

Все операции, за исключением простановки стержней (которая должна производится во время остановки литейного конвейера и которая составляет 20 сек.), осуществляются автоматически.

4.2 Изготовление стержней

Внутренняя полость отливки «Ступица» выполняется с помощью одного стержня (рис. 1), который изготавливается пескодувным способом в стержневом ящике с использованием ГТС.

Преимущества способа:

         полученный стержень не требует дополнительной сушки;

         прочность стержня достаточна для транспортировки и простановки в форму;

         оснастка предназначена для многоразового использования;

         высокая газопроницаемость стержней.

Описание последовательности операций:

         нагрев стержневого ящика осуществляется встроенными электронагревателями и газовыми горелками;

         стержневая смесь вдувается пескодувной головкой в стержневой ящик и тем самым уплотняется;

         после отверждения стержня подвижная (нижняя) половина стержневого ящика опускается вниз, начинается протяжка;

         после протяжки стержня вводят вилы механизма съёма, которые транспортируют стержень за пределы машины;

         происходит обдув и опрыскивание стержневого ящика разделительным составом;

         освобождённая от стержня нижняя половина стержневого ящика возвращается в исходное положение, соединяется с неподвижной верхней половиной. Ящик готов для очередного заполнения смесью;

         подготовленные стержни по ленточному конвейеру поступают в окрасочную камеру нанесения водного покрытия КсП - 2;

после окраски стержни по подвесному конвейеру поступают в сушило.

5. ВЫБОР ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ (РЕЦЕПТУРА СМЕСИ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА)

Литейные формы заливают «всырую» и «всухую». При изготовлении мелких и средних отливок простой конфигурации формы обычно заливают «всырую». При изготовлении крупных и сложных отливок формы заливают «всухую». Все большее применение находят поверхностно подсушенные и химически твердеющие формы. В зависимости от этого формовочные смеси подразделяют на смеси для заливки в сырую форму и для заливки в сухую форму. В зависимости от характера использования формовочные смеси разделяются на облицовочные и наполнительные, единые.

При изготовлении отливки «Ступица КЛ 0109101» используется единая формовочная смесь, так как масса отливки составляет 15 кг. Приготовление единой формовочной смеси осуществляется на бегунах 15107 и 15108. Состав смеси приведен в таблице 5 ([7]).

Таблица 5 - Состав единой формовочной смеси

Физико-механические свойства единой формовочной смеси представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Физико-механические свойства формовочной смеси

Состав стержневой смеси приведен в таблице 7.

Таблица 7 - Состав стержневой смеси

Физико-механические свойства стержневой смеси должны соответствовать данным, приведенным в таблице 8.

Таблица 8 - Физико-механические свойства стержневой смеси

Стержень для отливки «Ступица» изготавливается из горячетвердеющей смеси (ГТС). Стержни из песчано-смоляных смесей изготовляют в металлических ящиках, нагретых до 250-350 °С. Твердение стержней в оснастке существенно повышает их точность и прочность. Цикл изготовления стержня составляет 0,5 - 5 мин.

Преимущества ГТС:

         способность стержней не насыщаться влагой в собранной форме;

         повышенная скорость отверждения стержней;

         не требуется дополнительной сушки;

         конструкция ящиков относительно проста.

6. РАСЧЕТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ (ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА ЛПС, ВЫБОР МЕСТА ПОДВОДА МЕТАЛЛА)

Литниковой системой называют совокупность элементов литейной формы в виде каналов и полостей, предназначенных для плавного подвода расплава в форму, её заполнения и питание отливок в процессе кристаллизации. Правильный выбор конструкции литниковой системы обеспечивает получение качественной отливки. Литниковая система состоит из ниже перечисленных основных компонентов:

-   литниковая чаша (воронка) - предназначена для приема расплавленного металла, подачи его в стояк и задержания шлака, попавшего вместе с расплавом в чашу (во время заливки чаша должна быть обязательно полностью заполнена расплавом);

-        стояк - вертикальный или наклонный канал, служащий для передачи расплавленного металла из чаши к другим элементам литниковой системы или непосредственно в полость формы, образующей контуры отливки;

         шлакоуловитель - предназначен для задержания неметаллических включений (шлак, частицы формовочной смеси и др.) и передачи расплава из стояка к питателям;

         питатели - каналы, обеспечивающие подвод расплавленного металла непосредственно в полость литейной формы;

         выпор - вертикальный канал, необходимый для вывода газов из полости формы, питания отливки при затвердевании и контроля окончания процесса заполнения рабочей полости расплавом;

-        прибыль - полость в форме, которая заполняется расплавом, для питания массивных частей отливки при затвердевании и предотвращения образования в отливке усадочных дефектов.

В зависимости от способа заполнения формы металлом литниковые системы можно разделить на боковые с подводом металла в плоскости разъёма, сифонные, верхние и дождевые, ярусные, комбинированные и этажные. По соотношению площадей литниковые системы бывают расширяющиеся и сужающиеся ([8], стр. 340).

В данном случае наиболее оптимальной является боковая литниковая система с подводом металла по плоскости разъёма формы. Для отливок из ВЧ45 применяют сужающие литниковые системы. Это позволяет выровнять скорость охлаждения отливки и создания нормальной структуры. Применение такой литниковой системы обеспечивает направленное затвердевание отливки. Для подпитки массивных узлов отливки применяются питающие бобышки.

Правильно построенная литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям:

-    обеспечивать хорошее заполнение формы металлом и питание отливки в процессе ее затвердевания;

-       способствовать получению отливки с точными размерами, без поверхностных дефектов (зазоров, ужимин, шлаковых включений и др.);

-       способствовать направленному затвердеванию отливки;

-    расход металла на литниковую систему должен быть минимальным ([2], стр. 130).

Расчёт сводится к определению площади наименьшего сечения стояка и питателей литниковой системы с последующим определением соотношения площадей сечения остальных элементов системы. Исходные данные для расчета литниково-питающей системы приведены в таблице 9.

Таблица 9 - Исходные данные для расчета литниково-питающей системы

Сечение питателя находим по формуле ([9], п. 1.1):

,                                                                    (1)

где G - масса жидкого металла на отливку, кг;

µ - коэффициент расхода, зависящий от внутреннего сопротивления формы, µ=0,42 ([9], табл. 1.3);

Hр - расчетный металлостатический напор, см.

Масса жидкого металла на отливку:

,                                                                                           (2)

где G0 - черновой вес отливки, кг;

η - коэффициент использования металла (технологического выхода годного литья), η=0,75 ([9], табл. 1.1).

 (кг)

Оптимальную продолжительность заливки находим по формуле ([9], п.1.4):

,                                                                                        (3)

где S - эмпирический коэффициент, зависящий от толщины стенки отливки; S=1,3 ([9], табл. 1.2).

 (с)

Расчетный металлостатический напор определяем по формуле ([9], п.1.3):

,                                                                                 (4)

где H0 - полный напор, высота столба металла от верхней кромки уровня металла в чаше или воронке до верхней кромки входа металла в форму, см; H0=30 (см);

P - высота отливки в верхней полуформе, см; P=5,7 (см);

C - общая высота отливки, см; C=13,9 (см).

 (см)

Правильность расчета оптимального времени заливки необходимо проверить по значению минимально допустимой линейной скорости заливки (поднятию уровня металла в форме)([9], п1.4):

,                                                                                          (5)

где Vлин - скорость подъема уровня металла в форме, мм/с; Vлин=19 (мм/с) ([9], табл. 1.4);

Следовательно,

,                                                                                           (6)

 (с).

 (см2)

Для рассредоточенного питания отливки принимаем систему из двух питателей (см. рис. 1).

Следовательно площадь одного питателя равна Fпит =1,96, см2.

Соотношение сечений элементов литниковой системы для мелких отливок: Fпит : Fшл : Fст = 1,0 : 1,05: 1,1 ([9], стр. 18)

Площадь шлакоуловителей:

                                                                             (7)

 (см2)

Площадь стояка:

                                                                               (8)

 (см2)

Диаметр верхнего сечения стояка:

                                                                                       (9)

                                                                                       (10)

 (см)

Расчет чаши произведем по формуле:

                                                                                (11)

где Dв - верхний диаметр чаши, см;

Hв - высота чаши, см.

 (см)

Так как отливка изготавливается из чугуна ВЧ45, то для устранения литейных дефектов усадочного характера запитку производим через питающую бобышку.

По справочным данным подбираем питающую бобышку с оптимальными габаритными характеристиками и сечением питающей шейки 6 см2.

7. РАСЧЕТ ВЕСА ГРУЗА

Жидкий металл, заполняющий полость формы, оказывает давление на стенки формы, пропорциональное плотности и высоте его столба. Это может привести к тому, что под давлением расплава верхняя опока приподнимиться, в результате между верхней и нижней полуформами образуется щель, через которую расплав может вытечь. Боковые и нижние стенки должны иметь достаточную прочность, чтобы противостоять давлению металла, а верхняя полуформа должна быть прижата к нижней с определенным усилием, чтобы металл не приподнял ее. По закону Паскаля вертикальное давление жидкого металла (подъемная сила) на верхнюю полуформу равно весу воображаемого столба жидкого металла, расположенного над верхней поверхностью отливки до уровня металла в литниковой чаше, кг:

P=F∙ρ∙h                                                                                          (12)

где F - горизонтальная проекция отливки и литниковой системы в плоскости разъема, см2; F=224,78 (см2);

ρ - плотность расплава, г/см3; ρ=7,2 (г/см3);

h - высота столба над верхним уровнем отливки, см; h=24,3 (см).

Стержни, находящиеся в форме, при заполнении ее испытывают давление жидкого металла. Если стержень со всех сторон омывается металлом, то он, по закону Архимеда, подвергается действию выталкивающей силы, равной весу металла в объеме стержня (за вычетом знаковых частей). С учетом этого, формула расчета подъемной силы (кг) будет иметь вид:

P=F∙h∙ρ+Vст ∙(ρ-ρст)                                                                      (13)

где Vст - объем стержней без знаков, см3;

ρст - плотность стержней, г/см3; ρст=1,5 (г/см3).

Vст=Vобщ-V1 зн-V2 зн                                                                (14)

где Vобщ - объем стержня, см3;

V1 зн, V2 зн - объем знаковых частей, см3;

Vст=1358,81 (см3).

Вес верхней полуформы противостоит давлению металла снизу, его вычитают из подъемной силы.

В момент заполнения формы имеет место динамический удар на верхнюю полуформу. Для его учета вводится коэффициент К, равный 1,3-1,5 (в зависимости от металлоемкости форм). Для мелких - 1,3, для крупных - 1,5.

Таким образом, формула для расчета груза имеет окончательный вид([9], п.2.3):

=K∙F∙h∙ρ+Vст∙N∙(ρ-ρст)-Q                                                             (15)

где N - количество стержней, шт.; N=1 (шт.);

Q - вес верхней полуформы, кг; Q=240 (кг).

P=1,3∙224,78∙24,3∙7,2+1358,81∙1∙(7,2-1,5)-240= -15 (кг).

Следовательно, пригруз не требуется.

8. РАСЧЕТ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВКИ

Длительность охлаждения отливок в форме определяется теплосодержанием металла в форме, толщиной стенок отливок, теплофизическими свойствами формовочных материалов и склонностью сплава к образованию трещин. Для небольших отливок со стенками малой толщины продолжительность охлаждения исчисляется минутами. Толстые и массивные отливки весом до 50-60 тонн охлаждаются в форме в течении нескольких суток или даже недель. Общая продолжительность охлаждения отливки в форме включает время, необходимое для отвода теплоты перегрева расплава, теплоты кристаллизации, и продолжительностью охлаждения отливки от температуры солидус до заданной.

При анализе процесса формирования отливок в форме различают несколько стадий, характеризующих изменение состояния металла.

стадия. Начало процесса, когда происходит заполнение формы расплавом и его частичное охлаждение в результате теплообмена с формой.

стадия. Охлаждение расплава после окончательного заполнения формы и отвода от неё тепла.

стадия. Представляет собой процесс охлаждения в форме полностью затвердевшей отливки. При этом в ней идут структурные превращения.

Для расчетов использовано понятие «удельная теплота течения» - количество тепла, аккумулированное формой за время течения t1 и отнесенное к массе элемента отливки, qтеч.

При заливке металла в сырую форму в зоне контакта металл-форма происходит интенсивное испарение влаги, перемещение пара вглубь формы, конденсация его на непрогретых участках. В связи с этим эффективная теплотворность формы заметно возрастает по сравнению с сухой.

Как и для сухой для расчетов необходимо определить qтеч.

Для сырой формы:

                                                (16)

где b2 - коэффициент аккумуляции тепла материалом формы. Для песчано-глинястой формы ;

θтеч - разность между температурой заливки и температурой кипения воды;

R - половина толщины стенки, м;

ρ1 - плотность жидкого металла; для чугуна ρ1=7200 (кг/м3);

n - показатель степени параболы.

Для сырой формы:

,                                                                            (17)

где Uo - исходная влажность формы в сотых долях, Uo=0,04;

- время течения (продолжительность заливки), с;

 (с).

A - параметр, определяемый по формуле:

,                                                                             (18)

где U1 - влажность на границе сухой - влажный участок формы, в сотых долях;

                                                                            (19)

С2 - удельная теплоемкость сухой формы; С2=1250 (Дж/кг∙град);

rи - удельная теплота испарения влаги, rи = ;

θп - разность температур на границах сухой - влажной зоны;

                                                                                   (20)

где Тзал - температура заливки расплава, (◦С);

Ткип - температура кипения воды, (◦С).

Расчет отвода теплоты перегрева

Время отвода теплоты перегрева:

,                                  (21)

где  - плотность жидкого металла,

 - плотность жидкого металла,

Расчет времени затвердевания отливки

Полное время затвердевания:

;                                                                (22)

,                                                                            (23)

где  - удельная теплота кристаллизации с учетом понижения температуры.

                                                                       (24)

где ;

;

 (Дж/кг).

                                                                            (25)

где температура заливки, (◦С);

 - температура кристаллизации, (◦С);

;

;

 (с).

Общее время кристаллизации:

 (с).

9. ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ РАСЧЕТА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЗАЛИВКИ И ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ «LVMFLOW»

С использованием компьютерной программы «Компас-3D V10», разработана объемная отливка «Ступица», стержень вместе со стержневыми знаками, а также литниковая система (стояк, шлакоуловитель, питатель). Затем выполнена сборка, т.е в полость уже готовой отливки вставлен стержень, а затем была присоединена и сама литниковая система. Получившаяся сборка была импортирована в компьютерную программу «Solid Works». Далее из «Solid Works» сборка импортирована в компьютерную программу «LVM FLOW». Были установлены параметры заливки: тип литья, марка и температура заливаемого металла, установлен подвод металла (точка, через которую будет заливаться расплавленный металл, т.е точка на литниковой чаше). Затем в программе «LVM FLOW» была произведена заливка полости формы расплавленным высокопрочным чугуном марки ВЧ45.

В результате моделирования заливки, была произведена проверка правильности расчета продолжительности заливки и затвердевания отливки. В данной программе был просмотрен весь режим заполнения формы в реальном времени (рис. 4), скорость заполнения полости формы металлом (рис. 6), определено время затвердевания отливки (рис. 3), динамика изменения температуры отливки после заполнения формы (рис. 7), возможные узлы, подверженные образованию усадочных раковин (рис. 8), а также места возможного образования микропористости (критерий Ниямы) (рис. 9).

Рисунок 3 - Время затвердевания отливки (21 мин 55 с)

Рисунок 4 - Объем жидкой фазы при охлаждении отливки (время охлаждения- 5 мин 25 с)

Рисунок 5 - Тепловой модуль отливки

Рисунок 6 - Распределение скорости расплава в отливке (время - 0 мин 07 с)

Рисунок 7 - Распределение температуры в отливке (время охлаждения - 3 мин 06 сек)

Рисунок 8 - Распределение усадки в отливке

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения курсовой работы по дисциплине “Теория и технология литейного производства” была разработана технология для производства отливки «Ступица КЛ 0109101», произведен анализ технологичности детали, выбор и обоснование выбора формовочной и стержневой смеси для изготовления формы и стержней, выбор и расчет литниково-питающей системы, расчет веса груза, расчет продолжительности затвердевания отливки, а также с помощью компьютерной программы «LVM FLОW» проверена правильность расчета продолжительности заливки и затвердевания отливки.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1           Конструкционные материалы: Справочник под общей редакцией Б.Н. Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1990. - 688 с.; ил.

2       Титов Н.Д., Степанов Ю.А. Технология литейного производства. -М.: Машиностроение, 1974. - 472 с.

         Жевтунов П.П. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. - М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1957. - 420 с.

         ГОСТ 14205-83 «Технологичность конструкции изделий. Термины и определения».

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

         ГОСТ 3212-92 «Комплекты модельные. Уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров».

         Формовочные материалы и технология литейной формы под общей редакцией С.С. Жуковского. - М.: Машиностроение, 1993. - 432 с.: ил.

         Кукуй Д.М., Скворцов В.А., Эктова В.Н. Теория и технология литейного производства. Мн.: Дизайн ПРО, 2000. - 416с.: ил.

         Теория и технология литейного производства: Практическое руководство к выполнению курсового проекта для студентов специальности Т.02.02.01 «Технология, оборудование и автоматизация литейного производства». - Гомель: Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого», 2001, - 27с.