Проектирование изготовления отливки

Проектирование изготовления отливки

Федеральное агентство по образованию

Хакасский технический институт - Филиал ФГОУ ВПО

«Сибирский федеральный университет»

Кафедра «Машины и технология литейного производства»

Курсовой проект

по “ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА”

Пояснительная записка

Выполнил:

студент гр.43-1

Сузгаев К.В.

Проверил:

ст. преподаватель

Цыганок Н.С.

г. Абакан 2007 г.

Содержание

Целью данной курсовой работы является проектирование изготовления отливки. Курсовая работа состоит из тринадцати разделов, в которых рассмотрены технико-производственные аспекты процесса изготовления отливки.

В целом можно выделить ряд основных этапов работы:

· выбор марки сплава;

· оценка технологичности детали;

· составление чертежа отливки и разработка конструкции модели;

· выбор состава формовочной и стержневой смеси;

· выбор технологии изготовления стержней;

· расчет элементов литниковой системы;

· выбор размеров опок;

· выбор способа изготовления форм;

· разработка технологии сборки формы;

· выбор плавильного агрегата;

· определение типа и ёмкости разливочного ковша;

· описание основных дефектов отливок.

Для выполнения курсового проекта использованы материалы технологической практики и теоретические знания по технологии литейного производства, а также современные достижения в области формообразования и плавки литейных сплавов.

1. Выбор марки сплава

Анализ технологических условий и технологичности конструкции показывает, что наиболее эффективно отливка может быть получена методом литья в песчаную форму.

Эскиз расположения отливки

Рисунок 1.

3. Составление чертежа отливки и разработка конструкции модели

3.1 Определение размеров отливки и модели

Для определения размеров отливки и модели необходимо выбрать припуски на механическую обработку, допускаемые отклонения на размеры отливки, припуски на усадку и допускаемые отклонения на свободные размеры детали.

припуски на механическую обработку выбираем по II классу

точности ГОСТ 26645-85 /1,табл.22/;

допуски на обрабатываемые размеры отливки определены по /1,табл.28,29/;

среднее значение линейной усадки металла - 1% /1,табл.32/;

допуски на свободные размеры модели выбраны по III классу точности /1,табл.42/.

Размеры стержневых знаков стандартизованы, их определяют в зависимости от габаритных размеров стержня по ГОСТ 3212-92. Назначаем 30 мм /1, табл.35/. Зазоры между поверхностями знаковых частей форм и стержней, радиусы скругления кромок назначают в соответствии с ГОСТ 3606-80:

зазоры- S1=0,25мм; S2=0,25мм; S3=1.5-2.5мм (принимаем 2мм.).

радиус скругления 1о.

Стержень расположен в форме горизонтально. Для предупреждения всплывания и перекоса стержня выполняем знаковую часть стержня.

3.3 Выбор конструкции модели и модельных плит

Исходя из конструкции и степени сложности, модель относится к средней степени сложности. В условиях серийного производства и применении машинной формовки модели выполняются металлическими. Металлические модели имеют значительный срок службы, чем деревянные, и обеспечивают более высокую точность отливки. Модель изготавливаем сплошной, путём литья. В качестве материала для изготовления модели примем СЧ15 ГОСТ 26358-84 вследствие высокой прочности, обрабатываемости, гладкой поверхности, сравнительно невысокой стоимости. Срок службы при машинной формовке до 100000 формовок.

Для крепления моделей выбираем подмодельную плиту изготовленную из материала СЧ15 ГОСТ 26358-84 поднимаемую с помощью крана.

3.4 Формовочные уклоны на отливке и модели

Формовочные уклоны придаём рабочим поверхностям модели для удобства извлечения из формы. Они придаются вертикальным поверхностям модели, не имеющим конструктивных уклонов в направлении извлечения их из формы. Величины этих уклонов на модели выполняем согласно ГОСТ 3212-92 /1,табл.33/ и она составляет 0о 45'.

3.5 Определение литейных радиусов

Исходя из технических требований чертежа, литейные радиусы составляют 3-5 мм .

4. Выбор состава формовочной и стержневой смеси

Песчаные формы для получения литых деталей изготавливаются из специальных формовочных смесей. Эти смеси должны отвечать следующим требованиям: быть достаточно огнеупорными и пластичными. Форма приготовленная из этих смесей, должна быть прочной, газопроницаемой и податливой. Кроме того эти смеси должны быть достаточно долговечными и дешевыми. Таким требованиям отвечают смеси, имеющие в качестве главных составляющих песок, глину и влагу.

Согласно ГОСТу, выбираем состав единой формовочной смеси для чугунных отливок, заливаемых в сырую форму, в % (по объёму): отработанной смеси (96,5-94,5) %, свежие материалы (3-5) %, каменный уголь 0,5 %, вода 4,0-4,5%

При таком составе смесь будет иметь: газопроницаемость в сыром состоянии 50-70, прочность на сжатие 0,3-0,5 кгс/см,.

Исходными материалами для свежих добавок смеси являются: песок формовочный 1К02, 1К0315 ГОСТ 2138-92; глина формовочная бентонитовая М2Т2 (со средней термохимической устойчивостью) ГОСТ 3226-92.

В условиях серийного производства стержень необходимо изготовлять производительным способом с высоким качеством. Поэтому используем способ изготовления стержней из смеси с быстротвердеющим связующим (синтетическими смолами) - в горячих стержневых ящиках.

Исходным материалом для стержневой смеси примем песчано-смоляную смесь на основе смолы СФ-480 (3,0-3,5%) ТУ6-0,5-1813-88. При этом составе смесь будет иметь: песок кварцевый ОБ3К02 - 100%, смола СФ-480 - (3,0-3,5)%, катализатор - 10% - водный раствор соляной кислоты 0,3%, окись железа 0,7%.

Характеристика полученной смеси:

- газопроницаемость 200;

- время упрочнения 60-180 сек.;

- прочность после тепловой обработки (10-15)*105 Па;

- влажность 1%.

Таблица 1. - Состав стержневой песчано-смоляной смеси

5. Выбор технологии изготовления стержней

Смесь приготавливается в бегунах 1А12М с объёмом замеса 500 кг. Порядок подачи компонентов в бегуны: во-первых вводят песок, затем катализатор и перемешивают 1- 1,5 минут, далее подают связующие, перемешивают 1- 1,5 минут.

Выбранный состав смеси должен обеспечить:

хорошую прочность стержня 5-8 кгс/см2;

- газопроницаемость не менее 200 ед.;

- хорошую выбивку стержня;

- высокую точность и качество поверхности.

Для изготовления стержней выбираем пескодувную машину марки 4509С. Стержни изготавливаются по горячей оснастке, которые твердеют в нагретых стержневых ящиках. Время выдержки стержня в ящике 1-3 мин. Полученный стержень имеет прочность, достаточную для его перемещения и установки в форму, рабочую поверхность которого предварительно покрывают, с целью уменьшения образования пригара на отливке, противопригарной краской, которая имеет следующий состав: тальк 46%, полиизобутилен (П-200) 6%, древесный пек 5%, бензин “калоша” 43% плотность покрытия 1,1-1,14 г/см?. Стержни из ящика извлекаются при помощи толкателей при подъеме верхней половины ящика. Для удаления воздуха предусмотрены венты. Нагрев стержневого ящика на машине до 200-300°С может быть газовым или электрическим. Выбираем газовый нагрев, т.к. он имеет ряд преимуществ: быстрый и более равномерный нагрев стержневого ящика, относительно низкую стоимость природного газа, простоту конструкций и эксплуатационную надежность нагревательных устройств.

6. Расчет элементов литниковой системы

Литниковая система- система каналов и устройств, для подвода в определенном режиме жидкого металла в полость литейной формы, отделения неметаллических включений, обеспечения питания отливки при затвердевании. 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 отливки, минимальный расход металла на литниковую систему, не вызывать местных разрушений формы.

По направлению движения металла в полость литейной формы относительно горизонтальной плоскости (отливки) литниковые системы делятся на верхние, горизонтальные, вертикальные и т.д.

Для данного случая выбираем горизонтальную литниковую систему расширяющегося типа, как наиболее благоприятную для заполнения полости формы, что также хорошо влияет на качество отливок. В такой системе самым узким местом будет поперечное сечение стояка. Такая литниковая система обеспечивает ламинарный поток течения расплава и не размывает стенки формы.

Расчет литниковой системы начнем с самого узкого места литниковой системы со стояка:

,

где ?-коэффициент сопротивления литниковой системы и формы;

? - плотность жидкого чугуна, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

G - масса отливки, кг;

t - время заполнения формы;

,

где S - коэффициент учитывающий толщину стенки отливки;

k - поправочный коэффициент;

Hp - расчётный статический напор;

,

где Н -высота опоки от места подвода расплава, м;

Р -высота отливки от места подвода расплава, м;

С -высота отливки, м;

Принимаем отношение площадей стояка, шлакоуловителя, питателей, как отношение чисел:

Площадь сечения шлакоуловителя

;

Суммарная площадь питателей

;

Площадь питателя

;

Так как через один стояк заливается четыре отливки, то площадь его поперечного сечения будет равна

Диаметр стояка

,

принимаем dст = 24 мм.

Эскиз питателя

Рисунок 3.

Эскиз шлакоуловителя

Рисунок 5.

Для увеличения пропускной способности формы необходимо устроить вентиляционные каналы диаметром 5 - 6 мм в количестве 3 - 4 на 1 дм2 формы. Каналы не должны доходить до полости формы 7 - 10 мм.

7. Выбор размеров опок

Выбираем цельную стальную опоку I-го типа по ГОСТ 2133-75. Размеры верхней опоки 600*540*150мм, нижней опоки 600*540*100мм. Данная опока является краново-ручной. Накладывание пустых опок на формовочные машины и плиты с моделями производится руками, краном или пневматическим подъемником.

Материал опоки - сталь 20Л ГОСТ 977-88. Элементы опок выполнены по ГОСТ 14974-95. Для транспортирования и кантовки на опоке предусмотрены цапфы. Для вывода газов - вентиляционные отверстия. Для центрирования опок имеются ушки верхней и нижней опоки, в которые вставляются штыри. Точность центрирования обеспечивается применением центрирующих втулок, находящихся в ушках опок. Для точной установки опоки на модельную плиту имеются центрирующие и направляющие штыри.

8. Выбор способа изготовления форм

Литьё производится в разовые опочные, песчано-глинистые формы с горизонтальным разъёмом. В связи с тем, что отливка не имеет массивных частей, прибыль для данной отливки установлена не будет.

Данная отливка имеет небольшую массу и незначительные размеры, поэтому в одной форме изготавливаем четыре отливки. Для изготовления форм используем односторонние модельные плиты. При данных размерах длины и ширины опок имеется возможность производить формовку на встряхивающей машине с допрессовкой и поворотным столом, марки 254М. Производительность формовочной машины 45 полуформ в час.

9. Разработка технологии сборки формы. Расчет усилия подъёма верхней полуформы расплавом. Выбор груза или способа крепежа верхней полуформы к нижней

Тщательность сборки в значительной мере определяет точность геометрических размеров отливки.

Сборку начинают с установки нижней полуформы в строго горизонтальном состоянии на заливочную площадку или тележку конвейера. Затем из полости полуформы сжатым воздухом выдувают сор и пыль, попавший при извлечений модели и ремонте полуформы. В чистую полость полуформы, покрытой огнеупорной краской аналогичной по составу стержневой в определенной последовательности устанавливают стержни. Устойчивое положение стержней в форме обеспечивается знаками. Точность совмещения нижней и верхней полуформы обеспечивается съемными контрольными штырями.

Расплав, заполняющий полость формы, оказывает давление во все стороны. Нижние и боковые стенки формы должны быть достаточно прочными, чтобы противостоять давлению расплава, а верхняя полуформа должна быть прижата к нижней с определенным усилием, чтобы расплав не приподнял её. Стержни, находящиеся в форме, испытывают силу действия расплава, стремящуюся вытолкнуть их вверх.

Так как в форме есть омываемый металлом стержень, то общая сила действия металла на верхнюю полуформу складывается из силы Вф действующей на внутреннюю поверхность верхней полуформы и силы Вс, выталкивающей стержень.

,

где и определяются как , /5,с.105/

,

где V - объём стержня, дм3;

?1 - плотность стержня, кг/дм3;

? - плотность металла, кг/дм3;

F - площадь проекции отливки на горизонтальную плоскость, дм-2

H - высота столба жидкости, дм.

Далее определим силы противодействия,

Q = Q1 + Q2

где Q1 - вес опоки, кг;

Q2 - вес земли, кг.

Q=65,0 + 98,5=163,5 кг

Так как М<Q, следовательно, груз не устанавливается.

10. Выбор плавильного агрегата

Отливка выполняется из серого чугуна марки СЧ-18 ГОСТ 26358-84.

Химический состав данного сплава можно получить при плавке чугуна в индукционной печи марки ИЧТ-1. Она дает возможность получения точного химического состава, низкий угар элементов, высокий перегрев металла, возможность использования в шихте большого количества стальных отходов.

Недостаток этих печей - малая скорость плавления твердой завалки. Поэтому для повышения производительности и снижения электроэнергий, плавку, ведут на “болоте”, т.е. при выпуске сливают не более половины металла. Затем в жидкую ванну загружают твердую шихту, расплавляют, и цикл повторяется.

12. Очистка и обрубка отливок

При обрубке от отливок отделяют элементы литниковой системы, заливы по разъему формы. Обрубку выполняют пневматическими молотками с использованием зубил, для удаления заливов применяют воздушно-дуговую резку.

После выбивки отливки подвергают очистке с целью удалить с поверхностей пригар, остатки формовочной смеси. Очистку отливки производят в дробеметной камере. После очистки отливки подаются в механический цех для обработки, а затем на склад готовой продукции.

13. Основные дефекты отливок

В следствии того, что заливка ведется в сырые песчано-глинистые формы, отливка может иметь газовые раковины из-за интенсивного газообразования. Для устранения этих дефектов на верхней и нижней полуформе выполнены вентиляционные каналы. Помимо этого на отливке возможно образование пригара в следствии проникновения металла в поры формы. Для исключения этого дефекта полость формы покрывают противопригарной краской. Нанесенные на поверхность формы или стержни, краски создают прочный слой огнеупорного материала, препятствующий проникновению металла и его окислов в поры между зернами смеси, что устраняет пригар на отливках.

Литература

Филиппов, Г.И. Технология машиностроительных материалов. Учебное пособие к курсовой работе по литейному производству. Ленинград, 1968 г.

Емельянова, А.П. Технология литейной формы. Москва, 1977 г.

Пушмашев, П.И. Методические указания к выполнению курсовой работы.

Илларионов, И.Е., Васин, Ю.П. Формовочные материалы и смеси.

Чебоксары: Чувашский университет, 1992 г.