1 Техническое задание Для детали «Коробка сателлитов дифференциала правая» изготавливаемой из высокопрочного чугуна марки ВЧ50 ГОСТ7293-85 при литье в песчано-глинистые формы и массовом производстве разработать технологию изготовления литейной формы и отливки. Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист докум. Подпись Дата 1.1 Введение Литейноепроизводство является одной из отраслей промышленности, продукцией которой являются отливки, получаемые в литейных формах при заполнении их жидким расплавом. Методами литья изготовляется в среднем около 40% (по массе) заготовок деталей машин, а в некоторых отраслях машиностроения, например в станкостроении, доля литых изделий составляет 80%. Из всех производимых литых заготовок машиностроение потребляет примерно 70%, металлургическая промышленность — 20%, производство санитарно-технического оборудования — 10%. Литые детали используют в металлообрабатывающих станках, двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах, электродвигателях, паровых и гидравлических турбинах, прокатных станах, сельскохозяйственныхмашинах, автомобилях, тракторах, локомотивах, вагонах. Значительный объём литых изделий, особенно из цветных сплавов, потребляют авиация, оборонная промышленность, приборостроение. Литейное производство поставляет также водопроводные и канализационные трубы, ванны, радиаторы, отопительные котлы, печную арматуру и др. Широкое применение отливок объясняется тем, что их форму легче приблизить к конфигурации готовых изделий, чем форму заготовок, производимых другими способами, например ковкой. Литьём можно получить заготовки различной сложности с небольшими припусками, что уменьшает расход металла, сокращает затраты на механическую обработку и, в конечном счёте, снижает себестоимость изделий. Литьём могут быть изготовлены изделия практически любой массы — от нескольких грамм до сотен тонн, со стенками толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких метров. Основные сплавы, из которых изготовляют отливки: серый, высокопрочный и легированный чугун (до 75% всех отливок по массе), углеродистые и легированные стали (свыше 20%) и цветные сплавы (медные, алюминиевые, цинковые и магниевые). Область применения литых деталей непрерывно расширяется. Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 4 2 Проектирование отливки и литейной формы 2.1 Анализ технологичности материала и конструкции отливки Под технологичностью конструкций литых заготовок понимают совокупность свойств, позволяющих получать качественные отливки с минимальными затратами труда, средств, материалов и времени в принятых условиях производства, обеспечивая необходимую плотность стенок, точность размеров, механические и эксплуатационные свойства, определяющие функциональное назначение литой детали, а также обеспечение технологичности изготовления из литой заготовки детали механической обработкой. [1] 1. Отливка «Коробка сателлитов дифференциала правая» имеет форму тела вращения. Литая заготовка будет изготавливаться из сплава ВЧ50 ГОСТ7293-85. Данный сплав обладает хорошей жидкотекучестью, что является плюсом этого материала, но также есть и отрицательный момент, а именно: в местах наибольшего скопления металла могут образовываться дефекты усадочного характера, такие как усадочные раковины и усадочная пористость. Чтобы этого не происходило, нужно обеспечить принцип направленного затвердевания, для чего на массивные части отливки будем устанавливать боковые закрытые прибыли (питающие бобышки). 2. По своей конструкции изделие является компактным, что обеспечивает удобное размещение отливок в форме. Также конструкция заготовки обеспечивает наличие стенок большей толщины, чем минимально допустимая. Поэтому с точки зрения компактности, рациональной формы и необходимой толщины стенки изделие является технологичным. 3. Внутренняя и наружная поверхность отливки имеет места со сложной деталировкой (фаски, проточки), поэтому, чтобы упростить изготовление стержней и модельного комплекта, в таких местах делаем технологические напуски. 4. Внутренние полости отливки имеют достаточные размеры, чтобы получить их литьем. Они будут выполняться с помощью двух стержней. Отверстия малых размеров будут вытачиваться на станке. 5. Из-за особенностей геометрии отливка будет испытывать затрудненную усадку, что может привести к появлению напряжений. Чтобы этого избежать, в местах сопряжений стенок разной толщины устанавливаем галтели. Исходя из проведенного анализа, можно сделать вывод, что материал и конструкция данной детали являются технологичными и она может быть получена с помощью литья. Химический состав сплава ВЧ50 ГОСТ7293-85 представлен в таблице 1. Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 5 C 2.7 3.7 Si - 0.8 - 2.9 Таблица 1 – Химический состав ВЧ50 Mn S P 0.3 - 0.7 до 0.02 до 0.1 Cr до 0.15 Механические свойства сплава по ГОСТ7293-85представлены в таблице 2. Таблица 2 – Механические свойства ВЧ50 Марка Временное Предел Относительное Твердость, чугуна сопротивление текучести,σT,МПа удлинение,δ,мм НВ10-1,МПа разрыву, σв,МПа ВЧ50 500 320 7 153 - 245 2.2 Выбор способа изготовления отливки Литье в разовые песчано-глинистые формы является основным способом производства мелких и крупных отливок простой и сложной форм. Этим способом изготовляют до 80% общего количества отливок. Это наиболее дешевый способ изготовления деталей, масса которых может быть от нескольких граммов до нескольких сотен тонн. При всем этом возможно использование сырых песчано-глинистых форм, что конечно же положительно скажется на продолжительности всего технологического процесса. В основе технологического процесса получения форм лежит метод уплотнения формовочной смеси прессованием с высоким удельным давлением и одновременным высокочастотным встряхиванием или высокочастотной вибрацией. Следовательно, отливку «Коробка сателлитов дифференциала правая» будем получать литьем в сырые песчано-глинистые формы с использованием парных опок. 2.3 Выбор положения и количества отливок в форме Выбор положения отливки в форме является важной операцией. Расположение отливки в форме (вертикальное, горизонтальное) влияет на ее получаемое качество, сложность (технологичность) формовки, размеры опок, величину припусков на механическую обработку и параметры технологии. На основании вышеизложенного выбору положения отливки в форме при заливке необходимо уделять особое внимание. Исходя из особенностей конструкции данной детали, марки сплава, необходимо обеспечить направленное затвердевание отливки.Создание такого направленного затвердевания предупреждает брак по усадочным дефектам. Исходя из этих соображений, отливку располагаем вертикально по оси отливки. Наиболее ответственные части отливки, места, подлежащие механической обработке, нужно, по возможности, располагать снизу. В Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 6 данном случае, механической обработке подвергаются большинство внутренних частей и некоторые наружные части отливки.Вверху обеспечиваются такие условия, при которых газовые и усадочные дефекты смогут образовываться только в удаляемых при обработке частях отливки. Варианты положения отливки в форме показаны на рисунке 1. -Горизонтально по оси отливку располагать неконструктивно, так как при таком расположении модели отливки будет затруднено ее извлечение из формы.(рисунок 1 а). Симметричные по своей форме отливки подвергаются симметричной нагрузке. Поэтому, чтобы обеспечить равномерность свойств отливки по сечению, перпендикулярному к оси симметрии, необходимо, чтобы симметричные части отливок располагались в одинаковых условиях при заливке формы металлом и при кристаллизации. Это можно соблюсти в том случае, когда ось (плоскость) симметрии отливки располагается в вертикальном положении при заливке. -Заготовка отливаемая в форме будет располагаться вертикально, как показано на рисунке 1 б, такое расположение позволит разместить ответственные части внизу, а также в этом случае стержень номер 2 будет опираться своей массивной частью на стержень номер 1 и за счет этого будет более устойчив, в отличие от варианта в) на рисунке. а) б) в) Рисунок 1 – Положение отливки в форме: а) горизонтальное расположение; б) и в) вертикальное расположение Следовательно, выбираем вариант, показанный на рисунке 1(б). Данные отливки относятся к мелкому литью из-за своих компактных размеров. Вес одной литой заготовки составит 1,9 кг, поэтому в форме будет размещаться 16 одинаковых отливок. Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 7 2.4 Выбор поверхности разъема модели и формы Правильный выбор поверхности разъема форм снижает трудоемкость изготовления отливки. Наиболее благоприятным является совпадение положений поверхности разъема форм при формовке и сборке с положением собранной формы при заливке. Выбор поверхности разъема форм определяется использованием наиболее простой по конструкции модельной оснастки, удобством формовки, наименьшим числом разъемов, получением отливки с наименьшим количеством стержней, упрощением способа подвода расплава в полость формы, возможностью установки стержней при сборке только в нижнюю полуформу, обеспечением хорошей вентиляции формы и стержней, наибольшими удобствами сборки и заливки форм. Стремясь к наименьшему количеству поверхностей разъёма, проектируем так, что поверхность разъёма модели и формы будет одна, это облегчает процесс изготовления формы. Отливка будет располагаться в двух полуформах. Такое расположение способствует уменьшению высоты опок, а следовательно и расхода формовочной смеси. Для установки стержня номер 2 на более массивный стержневой знак отливку будем располагать как показано на рисунке 2 (а). В нижней полуформе будет располагаться стержень номер 1. Плоскость разъёма выбираем горизонтально. При выборе плоскости разъема как показано на рисунке 2 (б), вся отливка будет находиться в верхней полуформе, поэтому нужно будет увеличивать высоту опок, а значит увеличится расход формовочной смеси. а) б) Рисунок 2 – Выбор плоскости разъема:а) верно; б) неверно 2.5 Определение норм точности литья Нормы точности литья определяем согласно ГОСТ Р 53464-2009. Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 8 Отливка средней по сложности конфигурации изготавливается из высокопрочного чугуна марки ВЧ50 (ГОСТ7293-85) методом литья в песчано-глинистые сырые формы из низковлажных( до 2,8%) высокопрочных(более 16,0 кПа или 1,6 кг/см2) смесей, с высоким и однородным уплотнением дотвердости не ниже 90 единиц в условиях массового производства. 2.5.1Класс размерной точности отливки В соответствии с ГОСТ Р 53464 – 2009 по приложению А таблица А.1 определяем класс размерной точности отливки. Для ВЧ 50, полученного литьем в песчано-глинистые сырые формы при габаритном наибольшем размере отливки 123 мм, что попадает в интервал 100…250 мм, класс размерной точности равен 9. 2.5.2 Степень коробления поверхности отливки В соответствии с ГОСТ Р 53464 – 2009 по приложению Б таблица Б.1 определяем степень коробления элементов отливки. При отношении наименьшего размера элемента отливки 7,5 к наибольшему 24 равному 0,3125 для многоразовых форм и нетермообрабатываемых отливок степнь коробления 1…4. Принимаем степень коробления равную 3. 2.5.3 Степень точности поверхности отливки В соответствии с ГОСТ Р 53464 – 2009 по приложению В таблица В.1 определяем степень точности поверхностей. Литье в песчано-глинистые сырые формы из низковлажных( до 2,8%) высокопрочных(более 16,0 кПа или 1,6 кг/см2) смесей, с высоким и однородным уплотнением до твердости не ниже 90 единиц . Наибольший размер составляет 123, что попадает в интервал свыше 100 до 250. Для чугуна ВЧ50 диапазон 10-17, так как производство массовое, берем значение (13). 2.5.4 Шероховатость поверхностей отливки (по табл. Г.1 ГОСТ 53464-2009 ) . Для степени точности поверхности отливок Ст = 13: Ra = 32,0 мкм. 2.5.5 Ряды припусков на обработку отливок (по табл. Е.1 ГОСТ 53464-2009 ). Для степени точности поверхности отливок Ст = 13 ряд припуска Nz = 5…8 = 7. 2.5.6 Минимальный литейный припуск на сторону (по табл. 5 ГОСТ Р 53464-2009). Для ряда припуска Nz = 7, минимальный литейный припуск на сторону Zmin= 0,8 мм. Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 9 Минимальный литейный припуск на сторону Ряды припусков на обработку отливок Шероховатость поверхностей отливки Степень точности поверхности отливки Степень коробления элементов отливки Класс размерной точности отливки Таблица 3 - Назначенные параметры точности отливки КРТ СК СТ Ra, мкм NZ ZMIN, мм 9 3 13 32,0 7 0,8 2.6 Определение припусков на механическую обработку отливок 2.6.1 Установление допусков линейных размеров, допусков формы, расположения и неровностей поверхности отливки Таблица 4 - Допуски линейных размеров детали ТрД Значение номинального Квалитет Допуск размера детали, размера детали, мм ТрД, мм 85 14 0,870 40 14 0,620 19 14 0,520 24 14 0,520 Ø123 14 1,000 +0,035 Ø118 0,035 +0,84 22 0,840 +0,039 Ø42 0,039 Ø35 14 0,620 +0,033 0,050 Ø50+0,017 Допуск формы на деталь вычисляется по соотношению: ТДФ = 0,5 ТДР (1) Установление допусков размера отливки (по табл. 1 ГОСТ Р 534642009) Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 10 Таблица 5 - Допуски формы и расположения элементов детали ТФД Значение номинального Допуск размера Допуск формы на деталь, Д размера детали, мм детали, Тр , мм ТФД, мм 85 0,870 0,435 40 0,620 0,310 19 0,520 0,260 24 0,520 0,260 Ø123 1,000 0,420 +0,035 Ø118 0,035 0,500 +0,84 22 0,840 0,0175 +0,039 Ø42 0,039 0,0195 Ø35 0,620 0,310 +0,033 0,050 0,025 ⌀50+0,017 Установление допусков формы поверхностей отливки (по табл. 2 ГОСТ Р 53464-2009). Допуски формы поверхностей отливки ТфОТЛ назначены для степени коробления СК = 3. Принятые допуски формы приведены в таблице 7. Установление общих допусков элементов отливки (по табл. И.1 ГОСТ Р 53464-2009) Таблица 6 - Допуски размера отливки Значение Вид Класс размерной Допуск размера номинального размера точности отливки ТРОТЛ, размера детали, КРТ мм мм 85 ВР2 9 2,20 40 ВР1 8 1,10 19 ВР1 8 1,00 24 ВР2 9 1,60 Ø123 ВР1 8 1,60 +0,035 Ø118 ВР1 8 1,00 +0,84 22 ВР2 9 2,40 +0,039 Ø42 ВР1 8 1,20 Ø35 ВР1 8 1,10 +0,033 ВР1 8 1,20 ⌀50+0,017 Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11 Таблица 7 - Допуски формы и расположения элементов отливки ТфОТЛ Номинальный размер нормируемого Допуск формы и расположения участка, мм элементов отливки ТфОТЛ, мм 85 40 19 24 Ø123 Ø118+0,035 22+0,84 Ø42+0,039 Ø35 ⌀50+0,033 +0,017 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 Установление допуска неровностей поверхностей отливки (по табл. 3 ГОСТ Р 53464-2009). Допуск неровностей поверхностей отливки назначен для степени точности поверхности отливки Ст = 13 : Тн = ±0,8. Установление вида окончательной механической обработки (по табл. 7,8 ГОСТ Р 53464-2009). Установлен вид окончательной обработки. Для этого определено отношение допуска размера детали к допуску размера отливки и отношение допуска формы детали к допуску формы отливки. При неуказанных допусках формы обрабатываемой поверхности отливки их суммарное значение принимают равным 25% допуска размера от базы до обрабатываемой поверхности. При неуказанных допусках формы и расположения обработанной поверхности детали их суммарное значение принимается равным 50% допуска размера от базы до обработанной поверхности детали. Результаты приведены в таблицах 7, 8. 2.6.2. Назначение припусков на механическую обработку Припуски на обработку назначают дифференцированно на каждую обрабатываемую поверхность отливки. Числовое значение припуска зависит от уровня точности обработки резанием, общего допуска элемента отливки, вида окончательной механической обработки и номера ряда припуска. Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 12 Таблица 8 - Допуски элементов отливки ТОТЛ Значение Допуск размера Допуск формы и Общий допуск ОТЛ номинального отливки ТР , расположения элемента размера детали, мм элементов отливки ТОТЛ,не мм отливки ТфОТЛ, более, мм мм 85 2,20 0,20 2,40 40 1,10 0,20 1,20 19 1,00 0,20 1,00 24 1,60 0,20 1,60 Ø123 1,60 0,20 1,00 +0,035 Ø118 1,00 0,20 1,60 +0,84 22 2,40 0,20 2,40 +0,039 Ø42 1,20 0,20 1,20 Ø35 1,10 0,20 1,20 +0,033 1,20 0,20 1,20 ⌀50+0,017 Таблица 9 - Вид окончательной механической обработки согласно отношению допусков размеров детали и отливки Значение Допуск Допуск Отношение Вид Р ОТЛ номинального размера размера ТД / ТР окончательной Р размера детали, ТД , отливки механической ОТЛ детали, мм мм ТР , мм обработки 85 40 19 0,870 0,620 0,520 2,20 1,10 1,00 0,395 0,564 0,520 черновая черновая черновая 24 Ø123 0,520 1,000 1,60 1,60 0,325 0,840 черновая черновая Ø118+0,035 22+0,84 0,035 0,840 1,00 2,40 0,625 0,015 черновая тонкая Ø42+0,039 Ø35 0,039 0,620 1,20 1,10 0,033 0,564 тонкая черновая ⌀50+0,033 +0,017 0,050 1,20 0,004 тонкая Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 13 Таблица 10 - Вид окончательной механической обработки согласно отношению допусков формы детали и отливки Значение Допуск Допуск Допуск Отношение Вид номинального размера формы формы и ТФД / ТФОТЛ окончательной размера отливки на расположения механической ОТЛ детали, мм ТР , деталь, элементов обработки Ф мм ТД , отливки мм ТфОТЛ, мм 85 2,20 0,435 0,20 2,175 черновая 40 1,10 0,310 0,20 1,55 черновая 19 1,00 0,260 0,20 1,3 черновая 24 1,60 0,260 0,20 1,3 черновая Ø123 1,60 0,420 0,20 2,1 черновая +0,035 Ø118 1,00 0,500 0,20 2,5 черновая +0,84 22 2,40 0,0175 0,20 0,0875 чистовая +0,039 Ø42 1,20 0,0195 0,20 0,0975 чистовая Ø35 1,10 0,310 0,20 1,55 черновая +0,033 1,20 0,025 0,20 0,125 получистовая ⌀50+0,017 Общие припуски на сторону (по табл. 6 ГОСТ Р 53464-2009) назначены для ряда припуска NZ= 7, значения приведены в таблице 11. 2.6.3. Расчет размеров отливки Рассчитываются номинальные размеры отливки с учетом найденных значений припусков по одному из следующих вариантов: 1) Для симметричных наружных поверхностей при двухсторонней обработке по формуле: D1отл=D1Д+2Z4∑, (2) где D1отл – номинальный наружный размер отливки, мм; D1Д – номинальный наружный размер детали, мм; 2) Для симметричных внутренних поверхностей при двухсторонней обработке по формуле: d1отл= d1-2Z5∑; dотл=dд-2Z∑, (3) где d1отл – номинальный внутренний размер отливки, мм; d1Д – номинальный внутренний размер детали, мм; 3) при односторонней обработке (торцовых и др.) поверхностей формулы для определения номинальных размеров отливки вытекают из схемы построения размерных цепей: L1отл= L1д+Z1∑+ ZБ∑, L2отл= L2д+Z2∑- ZБ∑, (4) L3отл= L3д+Z3∑- ZБ∑, L4отл= L4д+Z4∑, Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 14 где L1отл, L2отл, L3отл, L4отл – номинальные размеры торцовых поверхностей отливки, мм; L1д, L2д, L3д, L4д – номинальные размеры обработанных торцовых поверхностей детали, мм; Z1∑, Z2∑, Z3∑, Z4∑, Z5∑, ZБ∑ - общий припуск на поверхности 1, 2, 3, 4, 5 и базовую поверхность. L1отл= L1д+Z1∑=85+2,3=87,3 мм. L2отл= L2д+Z2∑=40+1,6=41,6 мм. L3отл= L3д+Z3∑=19+1,5=20,5 мм. L4отл= L4д+Z4∑=24+1,9=25,9 мм. D1отл=D1Д+2Z4∑=123+2·1,9=126,8 мм. d1отл= d1-2Z4∑=118-2·1,9=114,2 мм. L5отл= L5д+Z6∑=22+3,8=25,8 мм. d2отл= d2-2Z7∑=42-2·2,4=37,2 мм. d3отл= d3-2Z2∑=35-2·1,6=32,8 мм. D2отл=D2Д+2Z7∑=50+2·2,4=54,8 мм. Таблица 11 - Общий припуск на сторону Z Значение Общий допуск Вил Общий припуск номинального элемента отливки окончательной на сторону Z. размера механической ТОТЛ,не более, мм детали, мм обработки 85 2,40 черновая 2,3 40 1,20 черновая 1,6 19 1,00 черновая 1,5 24 1,60 черновая 1,9 Ø123 1,00 черновая 1,9 +0,035 Ø118 1,60 черновая 1,9 +0,84 22 2,40 тонкая 3,8 +0,039 Ø42 1,20 тонкая 2,4 Ø35 1,20 черновая 1,6 +0,033 1,20 тонкая 2,4 ⌀50+0,017 2.7 Определение класса точности массы Порядок назначения класса точности массы отливки: - технологический процесс литья: литье в песчано-глинистые сырые формы из низковлажных (до 2,8 %) высокопрочных (более 16,0 кПа или 1,6 кг/см2) смесей, с высоким и однородным уплотнением до твердости не ниже 90 единиц; - номинальная масса отливки: 1,9 кг – св. 1 до 4 кг; - тип сплава: нетермообрабатываемый чугун; - класс точности массы отливки: Ктм = 2…12 = 6 Допуск массы отливок назначается по табл. 4 ГОСТ Р 53464-2009. Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 15 Порядок назначения допуска массы отливки: - номинальная масса отливки: 1,9 кг – св. 1 до 4 кг; - класс точности массы отливки: Ктм = 6 - допуск массы отливки: Тм = 4,0% от номинальной массы отливки. 2.8 Технические требования на изготовление отливки Технические условия назначаются в соответсвии с ГОСТ Р 53464-2009 и условиями эксплуатации готового изделия, назначаемого конструктором. Техническиеусловиянаотливку будут следующими: 1) точностьотливки9-3-13-6 ГОСТ Р 53464-2009; 2) материал: чугунВЧ50 ГОСТ7293-85; 3) неуказанные литейные радиусы R=3мм; 4) неуказанные литейные уклоны 50`; 5) литейная усадка 1,5%; 6) масса отливки – 1,9 кг; 7) поверхности должны быть чистыми и гладкими в литье; 8) заусенцы и острые кромки не допускаются. 2.9 Назначение формовочных уклонов и галтелей Формовочные уклоны предусматриваются на вертикальных стенках моделей с целью облегчения удаления их из формы и относятся к технологическим напускам, т.к. они вызваны особенностью технологии. Значения формовочных уклонов зависят от вида модельного комплекта, вида формовочной смеси и высоты поверхности, на которую назначается уклон (ГОСТР 53465-2009). В таблице 12 указаны уклоны для металлического модельного комплекта и песчано-глинистой смеси: Таблица 12 – Назначение формовочных уклонов Высота h,мм Формовочные уклоны град мм 45 50´ 0,06 Формовочные уклоны в зависимости от требований, предъявляемых кповерхности отливки, следует выполнять: на обрабатываемых поверхностях отливки сверх припуска на механическую обработку за счёт увеличения размеров отливки(рис.3,а). Допускается выполнение уклонов за счёт уменьшения припуска, но не более 30% от его значения; на необрабатываемых поверхностях отливки, не сопрягаемых по контуру с другими деталями, за счет увеличения и уменьшения размеров отливки (рис.3,б); на необрабатываемых поверхностях отливки, сопрягаемых по контуру с другими деталями за счет уменьшения (рис.3,в) или увеличения (рис.3,г) размеров отливки в зависимости от поверхностей сопряжения. Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 16 Рисунок 3 – Структура формовочных уклонов С целью обеспечения плавных переходов от одной поверхности к другой вовнутренних и на наружных углах отливок должны быть предусмотрены галтели. Наличие галтелей позволяет предотвратить осыпание формовочной смеси во внутренних углах модели при ее извлечении из формы и исключить тем самым брак отливок по засорам, а также устранить спекание смеси в этих местах и образование трудноотделимого пригара. Внешние углы на отливках не могут быть заполнены жидким металлом по причине его высокой вязкости. Величину галтели определяем из рекомендуемого соотношения: 1 1 a b R 5 3 5 2 где a и b– толщины стенок отливки, образующих угол. 1 1 15 20 R 5,8 3,5 мм 3 5 2 2.10 Изготовление сквозных отверстий в отливке Сквозные и глухие отверстия, указанные на чертеже детали, можно выполнять высверливанием или в литье. В зависимости от характера производства сквозные и глухие отверстия можно высверливать, если диаметр их не более: - 20 мм – для массового производства; КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 17 - 30 мм – для серийного производства; - 50 мм – для единичного производства. В таблице 13 приведены рекомендации по определению наименьших размеров диаметров круглых литых отверстий чугунных отливок с учетом припуска на механическую обработку. Рассматривается пять размеров литых отверстий. Таблица 13 – Диаметр литых отверстий Толщина Наименьшие диаметры отверстий при протяженности стенки отливки отверстий, мм в месте до 100 100-200 200-400 400-600 600-1000 расположения р л р л р л р л р л отверстия 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 До 25 80 60 80 60 105 80 125 100 150 120 25-50 80 60 90 70 115 90 135 110 160 130 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 50-75 90 70 100 90 125 100 145 120 180 150 75-100 100 80 110 90 135 110 165 140 200 170 100-150 120 100 140 120 165 140 185 170 230 200 150-200 140 120 160 140 195 170 225 200 260 230 200-300 160 140 180 160 215 190 255 230 300 270 Свыше 300 180 160 210 190 255 230 295 270 340 310 Примечание - р - после расточки; л - в литом состоянии 2.11 Конструирование стержней: количество, формы и размеры стержней; назначение стержневых знаков; назначение сборочных зазоров Стержни состоят в большинстве случаев из двух частей: основной части, поверхность которой выполняет внутреннюю полость, а иногда внешние очертания отливки, и второй знаковой частей (знаки стержня), с помощью которых стержень фиксируется в форме. В нашем случае, мы имеем два вертикальных стержня, образующие внутреннюю полость в отливке. Сначала стержень 1 устанавливается в нижнююполуформу, затем стержень 2 устанавливается на стержень 1. В соответствии с ГОСТ 3212-92 длина вертикальных знаков должна соответствовать указанным для форм «по сырому». Находим размеры стержневых знаков в зависимости от размеров стержней (стержень оформляет диаметр отверстия, уменьшенный на величину припуска) Стержень 1. Диаметр отверстия =88мм, с учетом механической обработки получаем: 88-3=85мм. Данный диаметр попадает в пределы св.63 до 100 мм. КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 18 Высота стержня = 35мм, она попадает в пределы св.40 до 63 мм. Получаем высоту нижнего знака 30мм. Стержень 2. Диаметр отверстия 35мм, с учетом механической обработки получаем: 35-3=32мм. Данный диаметр попадает в пределы св.25 до 40 мм. Высота стержня 65мм она попадает в пределы Св.63 до 100 мм. Получаем высоту нижнего знака 15мм. Высота верхнего знака 10 мм. Уклоны на знаковых поверхностях назначаем по ГОСТ 3212 – 92таблица 8. Стержень 1. Высота знака 30 мм она попадает в предел до 40. Уклон знаков модельного комплекта равен: для низа α=10°00´ либо 4,5мм. Стержень 2. Высота знака 15мм она попадает в предел до 40 Уклон знаков модельного комплекта равен: для низа: α=10°00´ либо 4,5мм; для верха: β= 15°00´ либо 8,2мм. 2.12 Определение конструктивных элементов стержней Технологические зазоры назначаем по ГОСТ 3212-92 таблица 15 в зависимости от точности металлического модельного комплекта. Для 10 класса размерной точности отливки по ГОСТ 26645-85 получаем класс точности модельного комплекта 5. Обозначение точности модельного комплекта по стандарту: Точность МК5 – металл ГОСТ 3212-92. В зависимости от размеров стержневых знаков и класса точности модельного комплекта определим значение технологических зазоров в соответствии с ГОСТ 3212-92: стержень1: S1 = 0,3 мм стержень 2: для верха:S1 = S2 = 0,2 мм; для низа: знаковая часть стержня соприкасаются со смежным стержнем, то зазор S 4 принимаем равным 1,3·S1 S4= 0,4 мм С цельюпредупреждения скопления частиц смеси в песчаноглинистой форме при возможном задире ее стержнем, на нижнемзнаке стержня 1 выполняем,противообжимнойпоясок, в соответствии с ГОСТ 3212-92. Эскиз стержней представлен на рисунке 4. КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 19 Рисунок 4 – Эскиз стержней КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 20 3 Организация питания отливки. Конструирование и расчет литниково-питающей системы 3.1 Выбор мест подвода расплава к полости формы От способа и места подвода расплава в форму существенно зависят: 1) Спокойное заполнение рабочей полости формы без вспенивания, разбрызгивания расплава, разрушения формы и стержней; 2) распределение температур по периметру отливки и образование перегрева в отдельных частях; 3) образование проточных и застойных зон, являющихся причиной местного перегрева, а также причиной дефектов типа неслитин и спаев. При одной и той же конструкции (типе) литниковой системы можно выбрать различные места и способы подвода расплава к рабочей полости формы данной конкретной отливки. При этом будет различная динамика потока расплава в форме и как результат – неодинаковое качество отливки. На рисунке 5 показаны эскизы мест подвода металла к рабочей полости формы. а) б) Рисунок 5 – Эскиз места подвода металла к рабочей полости формы: а) вид сбоку; б) вид сверху 3.2 Выбор конструкции литниково-питающей системы Литниковой системой называют совокупность каналов, по которым жидкий металл поступает в полость литейной формы. Если металл подводится в прибыль через питатель, а прибыль с отливкой соединяется шейкой, то это уже будет литниково-питающая система с функцией подвода металла и питания отливки. В зависимости от места подвода металла в форму литниковые системы подразделяют на горизонтальные (металл подводится по разъему), верхние или дождевые (металл заполняет форму сверху), сифонные (металл КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 21 подводится к нижней части отливки и заполняет форму снизу), ярусные (металл подводится в форму на нескольких уровнях) литниковые системы. Дождевая, сифонная, ярусная литниковые системы применяются при изготовлении крупных отливок, этажная система – при стопочной безопочной формовке. Кроме того, метал желательно подводить к той поверхности отливки, которая будет обрабатываться. Учитывая все вышесказанное, выбираем горизонтальную литниковую систему, предназначенную для мелких и средних отливок, с подводом металла по разъему формы. Так как выбранная нами литниковая система для отливок из высокопрочного чугуна, модифицируемого в литейной форме, то она состоит, по крайней мере, из восьми следующих элементов: литниковая воронка, стояк, литниковый ход, реакционная камера, центробежный шлакоуловитель, питатель, прибыль, шейка. Эскиз схемы литниково-питающей системы представлен на рисунке 6. Рисунок 6 – Эскиз литниково-питающей системы 3.3 Расчет основных параметров процесса заполнения формы расплавом: оптимальная продолжительность заливки формы; площади сечения элементов литниковой системы и их количество Продолжительность заливки формы определяется в зависимости от массы отливки и рассчитывается по полуэмпирической формуле: τ зал S G , (6) где S – эмпирический коэффициент, учитывающий толщину стенки отливки. При толщине стенки δ=8-15 мм S=2,2. G – общая масса отливки и литниковой системы, кг : G 12 G отл G л.с. 4 G пр , (7) Gл.с.=0,1·(Gотл+Gпр), (8) Gл.с.=0,1·4·(3·1,9+2,268)=3,07кг G 1,9 12 3,067 2,268 4 34,94 кг Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 22 Технологический выход годного составит: η=(12·Gотл/G)·100%, (9) η=(12·1,9/34,9)·100%=(22,8/34,9)·100%=65 % τ зал - время заполнения питающей полости τ зал 2,2 34,94 13 с Найденное время рекомендуется проверить соотношением: υ=H/τ, (10) υ=90/13=6,92 мм/с, где υ – скорость подъема металла в форме, мм/с; Н – высота отливки по положению при заливке, мм. При толщине стенок 10-40 мм скорость подъема υ должна быть не менее 10мм/с. Поэтому время заливки найдем из соотношения: τзал=Н/10=90/10=9 с. Расчёт минимального сечения элемента литниковой системы Т.к. выбранная литниковая система будет сужающаяся (заливаемый сплавчугун), то за минимальное сечение примем сечение питателя. Сечение рассчитывается по формуле Озанна: f пит G , (11) ρ м τ зал μ 2 g Η р где f пит – площадь лимитирующего сечения для отливк и, см 2 ; G= 34,939 кг – масса отливки вместе с литниково-питающей системой; μ = 0,42 – коэффициент расхода в литниковой системе при чугунном литье для сырой формы и среднего сопротивления; Значение коэффициента расхода μ для чугунных и стальных отливок приведено в табл.14. [4] Таблица 14 – Значение коэффициента расхода μ Характер заливаемой формы Сопротивление формы Большое среднее малое Сырая 0,25(0,35) 0,32(0,42) 0,42(0,50) Сухая 0,30(0,41) 0,38(0,48) 0,50(0,70) Примечание. В скобках приведены значения для чугунного литья. ρ м = 7200 кг/м3 – плотность жидкого чугуна ВЧ50; tзал = 9 с – время заливки металла в форму; Нр – металлостатический напор, м; Металостатический напор рассчитывается по формуле: p2 Η р Η в , (12) 2 Η 0 где Η в 0,2 м – высота верхней опоки; p 0,0623 м – высота отливки, расположенной в верхней полуформе; H0=0,090 м – высота отливки. КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум.№ Подпись Дата Лист 233 Hp=Hв-p2/(2·H0)=0,2-0,06232/(2·0,09)=0,178м В итоге суммарное минимальное сечение питателя: 34,939 0,00069 м 2 6,9 см2 f пит 7200 9 0,42 2 9,81 0,178 В данной литниковой системе 4 питателя, поэтому минимальное сечение одного питателя будет равно: f пит f 4 пит , (13) 6,9 1,72 см2 4 Найдём размеры сечения питателя. Сечение питателя в чугунном литье по возможности стремятся выполнить квадратным в связи с необходимостью минимизации тепловых потерь при течении по нему расплава. Однако из-за большого формовочного уклона на боковых стенках это сечение трансформируется в трапецию, размеры которой определяются из следующих соотношений: f пит b пит 0,8 a пит , h лх a пит b пит , (14) 2 Площадь трапеции вычисляется по формуле: F пит a b 1 1 2 (a пит b пит ) h пит (a пит 0,8 a пит ) пит пит 0,81 a пит , (15) 2 2 2 Отсюда вычисляем a пит ,b пит ,h пит : Fпит 1,72 15 мм ; 0,81 0,81 b пит 0,8 a 0,8 15 12 мм ; (a b ) 15 12 h пит пит пит 14 мм ; 2 2 Итак, размеры поперечного сечения питателя следующие: a пит a пит 15 мм; b пит 12 мм; h пит 14 мм. Эскиз сечения питателя представлен на рисунке 7: Рисунок 7 - Эскиз сечения питателя КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 24 Вычислив площадь сечения питателя, можно определить площади сечений других элементов. Наибольшее число элементов в литниковой системе пять – будем использовать для литниковой системы с реакционной камерой и центробежным шлакоуловителем. Тогда соотношение площадей принимает следующий вид: ∑Fпит(∑Fвых.цб.ш.) :∑Fвх.цб.ш. :∑Fвых.р.к. :∑Fвх.р.к .:∑Fст=1 : 1,1 : 1,15 : 1,2 : 1,3, (16) где ∑Fпит=∑Fвых.цб.ш. 1) ∑Fпит=∑Fвых.цб.ш.=6,9см2 Fвых.цб.ш.=6,9/4=1,72см2 2) ∑Fвх.цб.ш.=6,9·1,1=7,59см2 Fвх.цб.ш.= 7,59/2=3,8см2 Найдём размеры сечения входа в центробежный шлакоуловитель. Площадь трапеции вычисляется по формуле: a b 1 1 2 Fвх.цб.ш. (a вх.цб.ш. b вх.цб.ш. ) h вх.цб.ш. (a вх.цб.ш. 0,8 a вх.цб.ш. ) вх.цб.ш. вх.цб.ш. 0,81 a вх.цб.ш. , (17) 2 2 2 Отсюда вычисляем a вх.цб.ш. ,bвх.цб.ш. ,h вх.цб.ш. : Fвх.цб.ш. 3,8 22 мм ; 0,81 0,81 bвх.цб.ш. 0,8 a 0,8 22 18 мм ; (a b ) 22 18 h вх.цб.ш. вх.цб.ш. вх.цб.ш. 20 мм ; 2 2 Итак, размеры поперечного сечения питателя следующие: a вх.цб.ш. a вх.цб.ш. 22 мм; bвх.цб.ш. 18 мм; h вх.цб.ш. 20 мм. Эскиз сечения входа в центробежный шлакоуловитель представлен на рисунке 8: Рисунок 8 - Эскиз сечения входа в центробежный шлакоуловитель 3) ∑Fвых.р.к.=6,9·1,15=7,94см2 Fвых.р.к.=7,94/2=3,97см2 a вых.р.к. Fвых.р.к. /h 3,97/1,2 3,3 см 33 мм ; b вых.р.к. a вых.р.к. 33 мм ; h вых.р.к. 12 мм КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 25 Итак, размеры поперечного сечения питателя следующие: a вых.р.к. 33 мм; bвых.р.к. 33 мм; h вых.р.к. 12 мм. Эскиз сечения выхода из реакционной камеры представлен на рисунке 9: Рисунок 9 – Эскиз сечения выхода из реакционной камеры 4) ∑Fвх.р.к.=6,9·1,2=8,28см2 Fвх.р.к.=8,28/2=4,14см2 Найдём размеры сечения входа в реакционную камеру. Площадь трапеции вычисляется по формуле: a вх.р.к. b вх.р.к. 1 1 2 Fвх.р.к. (a вх.р.к. b вх.р.к. ) h вх.р.к. (a вх.р.к. 0,8 a вх.р.к. ) 0,81 a вх.р.к. , (18) 2 2 2 Отсюда вычисляем a вх.р.к. ,bвх.р.к. ,h вх.р.к. : Fвх.р.к. 4,14 23 мм ; 0,81 0,81 b вх.р.к. 0,8 a 0,8 23 18 мм ; a вх.р.к. (a вх.р.к. b вх.р.к. ) 23 18 20,5 мм ; 2 2 Итак, размеры поперечного сечения питателя следующие: a вх.р.к. 23 мм; b вх.р.к. 18 мм; h вх.р.к. 20,5 мм. h вх.р.к. Эскиз сечения входа в реакционную камеру представлен на рисунке 10: Рисунок 10 - Эскиз сечения входа в реакционную камеру 5) Fст 6,9 1,3 8,97 см2 . Рассчитаем заливочную воронку. Диаметр воронки по верхнему срезу равен: Dв= Hв = (2,7 3)∙dв , (19) КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 26 где dв–диаметр воронки по нижнему срезу, равный верхнему диаметру стояка d ст.в ; Hв – высота воронки. Диаметр стояка по нижнему срезу, определяем по формуле: F 4 d ст.н ст , (20) π где Fст – площадь сечения стояка 8,97 4 d ст.н 3,25 см 33 мм π Диаметр стояка по верхнему срезу, определяем по формуле: d ст.в d в d ст.н tgα h ст , (21) где d ст.н 61 мм - диаметр стояка по нижнему срезу; h ст = 250мм – высота стояка; α 2 - литейный уклон стояка; d ст.в d в 33 tg2 200 26 мм Эскиз сечение стояка представлено на рисунке 11: Рисунок 11 – Эскиз сечение стояка По формуле имеем: Dв = Hв = (2,7 3)∙26=70 99 мм – принимаем Dв = Hв = 70 мм Эскиз сечение воронки представлено на рисунке 12: КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 27 Рисунок 12 – Эскиз сечения воронки Зумпф выполним в виде полусферы радиусом: R (0,50 0,75)a вх.р.к. , (22) з R (0,50 0,75) 23 11,5 17,25 мм - принимаем 16,5 мм з Эскиз сечения зумпфа представлен на рисунке 13: Рисунок 13 – Эскиз сечения зумпфа 3.4 Конструирование прибылей: определение количества, типа и расчет их размеров Питающие бобышки применяются для питания чугунных отливок, имеющих местные узлы диаметром вписанной окружности более 25 мм. При использовании литниковых систем с питающими бобышками необходимо учитывать, что: устройство литниковой системы до бобышки остается обычным – бобышки считают частью отливки; питатель, подводящий расплав к бобышке, должен иметь наименьшее допустимое сечение; сечение переходного канала от бобышки к отливке не должно превышать более чем в КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 28 два раза суммарное сечение питателей; основные размеры:D = 80-120 мм, Н = (1,2-1,8)D, В = 60-80 мм, l = 20-30 мм, А = 80-100 мм. Конструкция питающих бобышек и подвод металлак отливке показаны на рисунке 14. 1 –шлаковик; 2 –стояк; 3 –питатель; 4 –питающая бобышка; 5 – шлакоуловитель бобышки; 6 –узел,нуждающийся в питании; 7 –отливка Рисунок 14 - Эскиз питающей бобышки и подвод металла При расчете питающей бобышки определяют ее диаметр Dбоб и высоту Н (рис. 12): Dбоб≥1,2 Dузла; Н=(1,2-1,4)Dбоб.[4] Сечение шейки находят по соотношению Fш= 0,9 х ∑Fпит, (23) При питании от одной бобышки двух деталей с разными расчетными сечениями питателей площади сечения шейки будут равны ∑F ш. дет.№1 ∑F =1,8 х ∑F ш. дет.№2 пит.дет.№1 =1,8 х ∑F , (24) пит.дет.№2 Размеры в и h подбираются в зависимости от величины Fш. При питании от одной бобышки нескольких отливок сечение бобышки следует увеличить на 25-40 %. Размеры питающих бобышек приведены в таблице 15. КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 29 Таблица 15–Размеры питающих бобышек В зависимости от расположения отливки в форме литниковый ход может быть выполнен в нижней или в верхней полуформе (рисунок 15). Рисунок 15 - Конструкции питающих бобышек Определяем площадь участка, который будет питать бобышка. F=π(R2-r2)-площадь поверхности кольца, (25) F=3,14∙(0,0852-0,0322)=0,019м2-поверхность всего кольца; V=F·h, где h-высота питаемого узла, (26) V=0,019·0,022=0,00043м3; Ro=0,00043/0,019=0,022; так как бобышка будет питать не всю поверхность отливки, а ее третью часть, разделим получившееся значение на 3, получим 0,0073м, или 0,73см. КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 30 Диаметр и высоту боковой прибыли определяем по диаметру питаемого узла. Он равен 25мм. Получаем Dбоб=30мм, так как бобышка будет питать 3 отливки, то увеличиваем данный диаметр в 3 раза. Dбоб=30·3=90мм. H=1,3Dбоб, (27) H=1,3·90=108мм. R=0,5Dбоб, (28) R=0,5·108=54мм. По рисунку 16 определяем объем боковой прибыли. Получаем W=150см3, умножаем это значение на 3 и получаем: W=150·3=450см3; Так как бобышка будет питать 3 отливки, то ее объем можно уменьшить на 30%. W=450·0,7=315см3 Gпр=Vпр·ρ-масса бобышки, (29) 3 где ρ=7200кг/м -плотность сплава марки ВЧ50. Gпр=0,000315·7200=2,27кг на три отливки. 3 ∑Fш.=0,125√𝑊 2 , (30) где Fш. – площадь сечения шейки прибыли; W – объем боковой прибыли. 3 ∑Fш.=0,125√3152 = 5,8 см2 Fш.=∑Fш./3=1,93 см2 Рисунок 16 – Диаграмма для определения размеров боковых прибылей для высокопрочного чугуна 3.5 Определение размеров центробежного шлакоуловителя Площадь сечения центробежного шлакоуловителя Fцб.ш. 2 см определяется по эмпирическому уравнению, подтвержденному практическими результатами: КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 31 Fцб.ш = 6 Fвх.цб.ш., (31) где Fвх.цб.ш –площадь сечения входа литниковой системы в центробежный шлакоуловитель, см2. Fцб.ш =22,8 см2. Другие параметры центробежного шлакоуловителя определяютсяпо следующим уравнениям: Vцб.ш. = (0,1·d ЦБ.ш.)3; см3, (32) Vцб.ш. = 59см3 dцб.ш. = 20 ∙ √ Fцб.ш. π ;мм, (33) dцб.ш. = 54 мм mцб.ш. = 0,001 ∙ Vцб.ш. ∙ ρм.ж. ;кг, (34) mцб.ш. = 0,059 кг где dцб.ш. , Vцб.ш. ,тцб.ш. –соответственно диаметр, мм; объем, см3; и масса, кг, центробежного шлакоуловителя. Вышеуказанные зависимости получены для центробежного шлакоуловителя, формы и размеры которого приведены на рисунке 17. Рисунок 17 - Эскиз центробежного шлакоуловителя: dцб.ш., Н соответственно диаметр и высота шлакоуловителя; r – радиус полусферы 3.6 Определение площади сечения, размеров и объема реакционных камер Сначала рассчитываются все элементы по приведенным выше уравнениям в соответствии с конструкцией литниковой системы. Далее определяются коэффициент расхода модификатора и металлоемкость формы. Коэффициент расхода модификатора Кмдфчасто принимается в интервале значений 0,01...0,10. При определении коэффициента расхода учитывают процентное содержание серы Sисх, исходное процентное содержание магния в модификаторе и остаточное процентное содержание Mg ост в отливке по уравнению: Кмдф = (0,76 Sисх + Mgост)/ Mgисх , (35)Кмдф = 0,01. Металлоемкость формы находят как сумму: Mф. = ∑ mо + ∑ mпр. +∑ mцб.ш. + mст. + mч. + ∑ mр.к.,(36) в которой учтена масса всех элементов: – масса отливок в форме∑ mо, – масса прибылей∑ mпр., КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 32 – масса центробежных шлакоуловителей∑ mцб.ш., – масса стояка mст. , – масса чашиmч., – масса реакционных камер∑ mр.к.. Неизвестной является только масса реакционных камер, которую по опытным данным можно принять равной около 4 % металлоемкости формы без ∑ mр.к.. Mф. =1,9·12+2,268·4+0,059·2+0,66+7,47+1,6=41,7 кг. Из практики известно, что модифицирование чугуна происходит во всех элементах литниковой системы, поэтому масса модификатора определяется по следующему уравнению: Mмдф = Кмдф·mф, (37) Mмдф = 0,01·41,7= 0,417 кг. По насыпной массе модификатора ρмдф определяют его объем Vмдф и площадь сечения Fр.к.одной реакционной камеры по уравнениям: Vмдф = mмдф/n·ρмдф, , (38) Vмдф =417/2·2,2=94 см3. mф. 41,7 Fр.к. = , , (39) Fр.к. = = 44 см2, n∙τзал.ф.∙ψ 2∙9∙0,0525 гдеп– число одинаковых реакционных камер; τзал.ф. – время заливки формы, с; ψ – фактор растворения, кг/(с·см2). Для модификатора ФСМг5 принимается ψ=0,0525. При этом химический состав модификатора следующий, %: Mg 4,5...6,5; Si 45...55; РЗМ 0,2... 1; А1 менее 0,2; Fe остальное. Размеры частиц дробленого модификатора 1...4 мм (ρмдф = 2 г/см3) или 0,5...4,0 мм (ρмдф= 2,2 г/см3).[2] В других случаях для других модификаторов фактор растворения определяется экспериментально. Продолжительность заливки определяется, как описано в разделе 3.3.Уравнение определения площади сечения Fр.к.справедливо при симметричном расположении одинаковых реакционных камер (при одинаковых отливках на модельной плите). При неодинаковых отливках и разных реакционных камерах массу модификатора, найденную по уравнению, распределяют пропорционально массе металла, относящейся к каждой камере. Высота, мм, слоя модификатора в реакционной камере определяется как частное от деления объема модификатора Vмдфна площадь реакционной камеры Fр.к.. hмдф = 2,5Vмдф / Fр.к., (40) hмдф =2,5·94/44=5,45 см. Для определения массы металла в реакционной камере необходимо кроме площади Fр.кзнать ее высоту hр.к., мм, hр.к. = hмдф + hвх.р.к. + hтех.,(41) hр.к. = 5,45+0,9+1,0=73,5 мм где hмдф– высота слоя модификатора; hвх.р.к.– высота входа в i-ю реакционную камеру; hтех.– высота технологическая, равная 10...20 мм. Величину hвх.р.к. следует определять по площади сечения входа в реакционную камеру, которая вычисляется по соотношению hвх.р.к. = Fвх.р.к./bвх.р.к., (42) hвх.р.к. = 4,14/4,61=0,9 см=9 мм КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 33 где bвх.р.к. = 8√Fр.к. – ширина входа в реакционную камеру, мм, (43) bвх.р.к. =8·√44 = 4,61мм. Объем реакционной камеры, см3, Vр.к. = 0,1·Fр.к.·hр.к., (44) Vр.к. =0,1·44·7,35=32,34 см3. Масса металла в объеме реакционной камеры (после заливки) mр.к. = 0,001 ∙ Vр.к. ∙ ρм.ж. , (45)mр.к. = 0,001 ∙ 32,34 ∙ 7200 = 0,248 кг. Размеры сечения выхода из реакционной камеры следует определять по соотношениям: длина выхода lвых.р.к. = 0,8√Fр.к. , (46)lвых.р.к. =0,8√44 = 3,3 см. ширина выхода bвых.р.к. =Fвых.р.к. / lвых.р.к., (47)bвых.р.к. =3,97/3,3=1,2 см. Эскиз литниковой системы с двумя одинаковыми реакционными камерами приведен на рисунке 18. 1 – прибыли; 2 – стояк; 3– литниковый ход; 4 – выход из реакционной камеры; 5 – вход в центробежный шлакоуловитель (ЦБШ); 6 – ЦБШ; 7 – выход из ЦБШ; 8 – отливка; 9 – реакционные камеры; В, Н – верх и низ формы Рисунок 18 - Литниковая система для модифицирования отливок из высокопрочного чугуна в литейной форме КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 34 4 Формовочные материалы и смеси 4.1 Выбор состава формовочной и стержневой смеси Выбор состава формовочной и стержневой смеси зависит от: 1. Вида заливаемого сплава; 2. Конструкции и требований, предъявляемых к отливке; 3. Способа изготовления, сушки и сборкиформ и стержней; 4. Характера производства; 5. Экономической целесообразности. Облицовочную и наполнительную смеси рекомендуется использовать в мелкосерийном производстве средних и крупных отливок, единую – при машинной формовке мелких и средних отливок в серийном и массовом производстве. При выборе состава смеси необходимо учитывать физико-химическое и тепловое взаимодействие составляющих смеси и сплава. Применение углеродосодержащих добавок в смесях для стальных отливок способствует образованию газовых поверхностных дефектов на отливках, в то время как в состав формовочных смесей для чугунного литья их вводят специально. Для предупреждения образования ужимин на чугунных отливках, в формах, изготовляемых прессованием, в формовочную смесь добавляют выгорающие добавки (каменный уголь, битум и т.п.). Содержание воды в смеси зависит от количества и типа применяемого связующего. Правильно выбранное содержание воды позволит получить оптимальные свойства (прочность, плотность и газопроницаемость) для данного состава смеси. При выборе стержневых смесей, кроме перечисленных требований, необходимо обеспечить минимальную газотворность, высокую податливость и хорошую выбиваемость. Это достигается комбинацией нескольких связующих или введением специальных добавок. Применение на литейном предприятии такой технологии, как Cold-box-aminпроцесс, имеет целый ряд очевидных преимуществ: Уменьшение объема используемых формовочных смесей практически 3…4 раза, поскольку до 90…95% смеси может составлять регенерат; Снижаются объемы проводимых внутри цехов операций, и пропадает необходимость в организации отдельного цеха для приготовления смеси, кроме того снижается количество внутрицеховых транспортировочных перемещений; Во время «продувки» стержневой смеси, газообразный амин проникает во все участки стержневой смеси, т.е. по сечению стержня градиент прочности незначителен; Более высокая живучесть смеси по сравнению с тем же ХТСпроцессом(Фуран) создает идеальные условия для получения плотной формы со сложной конфигурацией в условиях КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 35 машинной формовки в результате мгновенного заполнения модельной оснастки смесью; На основе вышесказанного, выбираем следующие составы формовочной и стержневой смеси: Таблица 16 – Состав формовочной смеси Состав формовочной смеси Компоненты смеси 1. Отработанная смесь,% 96,6-97,1 2. Формовочный песок,% 1,5-2,5 3. Бентонитовыйглинопорошок 0,4-0,5 «Карбент»,% 4. Вода Сверх 100% до требуемой влажности Таблица 17 – Состав стержневой смеси для Cold-box-amin процесса Наименование компонентов Содержание, % Перемешивание, мин 1. 2. 3. 4. Песок кварцевый Уголь гранулированный Смола REZAMINGH7189 Связующее REZAMINАК8989 96,8 – 96,2 2,0 0,6 – 0,9 0,5 1 – 1,5 1 – 1,5 0,6 – 0,9 1 – 1,5 4.2 Приготовление формовочных и стержневых смесей и методы контроля их качества Приготовление формовочных смесей включает следующие операции: перемешивание ранее подготовленных составляющих смеси, увлажнение, вылеживание и разрыхление смеси. Сущность процесса перемешивания состоит в том, чтобы из песка, связующего и воды получить однородную смесь, все зерна песка которой были бы покрыты тонким равномерным слоем увлажненной глины или другого связующего. Это обеспечивает получение высокой прочности и газопроницаемости смесей. Формовочные и стержневые смеси перемешивают в специальных смесителях. Наиболее распространенные смесители типа бегунов. Перемешивание смеси обеспечивается совместным действием плужков и катков. Производительность бегунов ̴ до 20 м3/час. Продолжительность приготовления одного замеса составляет 1,5-2 мин. После переработки в бегунах формовочные и стержневые смеси, связующим в которых является глина, поступают на 2-6 часов в бункера отстойники. Это время необходимо для образования водных оболочек вокруг глинистых частиц и устранения неравномерности распределения влаги внутри отдельных конгломератов зерен. Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 36 После бункеров-отстойников смесь подвергается разрыхлению в разрыхлителях, аэраторах и дезинтеграторах, что обеспечивает большую однородность степени уплотнения смеси при изготовлении форм и высокую газопроницаемость. Производительность аэраторов достигает 80 м3/час. После разрыхления формовочная смесь системой ленточных конвейеров подается в бункеры над формовочными машинами. В настоящее время смесеприготовительное отделение современного литейного цеха может работать полностью в автоматическом режиме без вмешательства со стороны обслуживающего персонала. 4.3 Регенерация смесей Цель регенерации отработанной смеси – сократить расход свежего формовочного песка, а также решить проблему утилизации отработанной смеси в связи с охраной окружающей среды. В практике литейного производства используются: сухая (механическая) регенерация, мокрая и термическая. Укрупненно весь технологический процесс регенерации, независимо от метода, можно разделить на 3 этапа: 1. Подготовка отработанной смеси; 2. Отделение пленки связующего от поверхности зерен песка; 3. Удаление пылевидных фракций из зерновой основы песка, т.е. сепарация. Основное в подготовке – дробление отработанной смеси и удаление металла (каркасы, ключи, всплески и т.д.). Смесь начинает дробиться при выбивке отливок из форм, затем проходит дробильные установки и просеивается. Попутно из смеси 1-2 раза удаляется металл. Удаление металла из отработанной смеси осуществляется главным образом магнитными сепараторами. Просев производится с помощью грохотов и сит различной конструкции. Второй этап является главным, от которого исходит название методов регенерации. Отделение пленки связующего при механической регенерации осуществляется: механическим перетиранием, механическим ударом, пневмоударом. Механическое перетирание происходит в установках валкового типа, в обычных бегунах с катками, шаровых мельницах, в которых отделение пленки производится за счет трения частиц смеси между собой и о рабочие органы установки. При гидрорегенерации отработанная смесь после предварительной подготовки поступает на отмывки пленки связующего. Отмывку песчаной пульпы осуществляют различными способами: в проточной воде, гидроциклонах, оттирочных машинах, где песчано-водная смесь интенсивно КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 37 перемешивается. После сепарации песка идет обезвоживание песка и его сушка. Сущность термической регенерации состоит в нагреве отработанной смеси до 650-10000С, выдержке при этой температуре в окислительной атмосфере и охлаждении песка. Для термической регенерации используются печи различной конструкции: барабанные, шахтные, кипящего слоя. Заключительным этапом регенерации является сепарация, т.е. разделение зерновой основы песка и пылевидных фракций.[7] КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 38 5 Конструирование и изготовление технологической оснастки 5.1 Выбор материала моделей Выбор материала моделей зависит от характера производства, конфигурации и способа изготовления отливок. В массовом производстве модельный комплект изготавливается только из металлических материалов. Материалами для изготовления металлических моделей служат алюминиевые сплавы,чугуны, стали, латуни и бронзы. Основным материалом для моделей в массовом, серийном и крупносерийном производствах являются чугуны различных марок. Чугуны обладают высокой износостойкостью и малой стоимостью. Для производства данной отливки применяем модели из серого чугуна СЧ 20ГОСТ 1412-85. 5.2 Выбор вида и типоразмера опок Опоки предназначены для восприятия нагрузки от смеси, возникающей при уплотнении литейной формы, удерживания смеси при кантовке и транспортировке, для уменьшения подутия и предотвращения возможности разрушения формы при заливке. Опоки, как правило, выполняют прямоугольной формы. В соответствии с ГОСТ 2133-75, они бывают сварными, литыми и сборными. Чаще используются более дешевые литые опоки, поэтому выбираем их. При выборе литых опок необходимо решить, из какого материала они будут изготавливаться. Чугун является более дешевым и распространенным материалом в литейном производстве, однако стальные опоки более экономичны: они значительно долговечнее и легче чугунных, поэтому выбираем литые стальные опоки прямоугольной формы, категории ручные (массой до 30кг), положение при заливке - горизонтальное. При выборе размеров опок следует учитывать, что использование чрезмерно больших опок влечет за собой увеличение затрат труда на уплотнение формовочной смеси, нецелесообразный расход смеси, а использование очень маленьких опок может вызвать брак отливок вследствие продавливания металлом низа формы или ухода металла по разъему. Минимальные размеры опок в свету складываются из следующих расстояний между моделями и границами литейной формы указанных в таблице 18, и представленных на рисунке 19. [5] Изм. Лист № докум. Подпись Дата Дата КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Лист 39 45 55 50 60 55 65 60 70 65 75 55 60 60 70 65 70 70 80 65 75 70 75 75 80 75 80 80 80 До 25 2650 51100 101250 Св. 250 Свыше 300 40 50 45 55 50 60 55 60 - 151-300 Высота стенки h, мм 35 50 40 55 45 60 - 51-150 Св. 500 Сухая Сырая Сухая Сырая Сухая Сырая Сухая Сырая Сухая Сырая До 50 251-500 Св.80 101-250 51-80 51-100 26-50 26-50 11-25 До 25 До 10 Тип формы Толщина стенки отливкиa, мм Таблица 18 – Минимальные расстояния от стенок и ребер опоки до моделей и элементов литниковой системы, мм Расстояниеq от модели до стояка Расстояние k от модели до стенки опоки Вес отливки, кг Вес отливки, кг 35 40 45 50 40 45 50 55 50 55 60 65 60 65 70 75 70 75 80 85 Рисунок 19 – Эскиз размещения отливок и литниковой системы в опоке Пользуясь данными таблицы 18, выбираем поГОСТ габаритные размеры опок в свету. Литейная форма состоит из 2-х опок (ГОСТ 2133-75). В соответствии с ГОСТ 2133-75 принимаем опоки: -верхняя(900710200) мм; -нижняя(900710200) мм. КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 2133-75 Лист 40 5.3 Выбор подмодельных плит и монтаж на них моделей Материал подмодельной плиты выбираем чугун ввиду его дешевизны, частой используемости и высокой износостойкости . Для выбранной опоки получаемподмодельную плиту с размерами: 980х790 мм. Конструирование элементов литниковой системы и их размещение на подмодельной плите зависит от выбранного способа заливки, конфигурации модели и количества их на подмодельной плите и расчетных размеров всех элементов литниковой системы. Фиксацию моделей на модельной плите осуществляем при помощи штифтов (ГОСТ 24296-93).Эскиз штифта представлен на рисунке 18. Рисунок 20 - Эскиз штифта Крепление моделей на модельной плите осуществляемпри помощи винтов (ГОСТ 1491-80) с пружинными шайбами (ГОСТ 6402-70).Эскиз винта и шайбы представлен на рисунке 21. Рисунок 21 – Эскиз винта и пружинной шайбы КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 41 Выбор конструкции подмодельной плиты зависит от конфигурации модели, количества их на плите, характера производства и способа формовки. Подмодельные плиты для небольших форм и при массовом производстве целесообразно использовать цельнолитые. Эскиз размещения моделей на модельной плите представлен на рисунке 22. Рисунок 22 – Эскиз размещения моделей на модельной плите низа Модель отливки изготавливаютиз СЧ 20 ГОСТ 1412-85 и с последующей механической обработкой.Крепление моделей отливок на модельной плите осуществляют при помощи24 винтов и 24 пружинных шайб. Модели шлакоуловителей и питателей изготавливаем из стандартного проката круглого и квадратного сечений соответственно механической обработкой изчугуна марки СЧ20 ГОСТ 1412-85. Крепление моделей шлакоуловителей и питателейк модельной плите осуществляем также с помощью винтов. Модель зумпфа, реакционных камер и литникового хода изготавливаем цельной методом литья с последующей механической обработкой из СЧ 20 ГОСТ 1412-85.Фиксацию осуществляют при помощи двух штифтов. КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 42 6 Изготовление форм и стержней 6.1 Способы изготовления форм и стержней и область их применения Все способы изготовления разовых песчаных форм могут быть разделены на 3 группы: 1. Формовка с применением песчано-глинистых смесей с их механическим уплотнением. 2. Формовка с применением химически-твердеющих смесей. 3. Формовка с использованием физических средств отверждения (вакуум, магнитного поля и т.д.). Разовые формы могут быть сырыми, сухими, подсушиваемыми, химически затвердевающими и т.д. Все существующие способы изготовления форм условно подразделяются: на ручные и машинные. Всем способам формовки свойственны общие основные операции: набивка формы (уплотнение смеси), организация вентиляции, извлечение модели, отделка формы, ее упрочнение, сборка и подготовка формы под заливку ее расплавом. Машинная формовка производится обычно в двух опоках и без опок. При формовке в двух опоках используют, как правило, односторонние металлические модельные плиты. Поэтому формовку верхних и нижних полуформ проводят на отдельных машинах. При изготовлении безопочных форм верхнюю и нижнюю формы изготовляют на одной машине.[3] В нашем случае, при массовом производстве, изготовление отливок будем производить на автоматизированных формовочных линиях, содержащих оборудование, необходимое для изготовления форм, их заливки, охлаждения и выбивки, а также оборудование, обеспечивающее подачу готовой формовочной смеси и уборку просыпей. В основе технологического процесса получения форм лежит метод уплотнения формовочной смеси прессованием с высоким удельным давлением и одновременным высокочастотным встряхиванием или высокочастотной вибрацией. Стержни будем изготавливать по Cold-box-amin процессу, состав смеси и преимущества самого процесса перечислены в п. 4.1. 6.2 Противопригарные покрытия литейных форм и стержней, их составы, свойства и назначения С целью предотвращения пригара на литье на формы и стержни производится нанесение противопригарного покрытия, определенного состава. Так называемые пасты (натирки) применяют для форм и стержней, изготовляемых по сухому или из ХТС. Обычно их наносят вручную на поверхность несложной конфигурации наиболее подверженную КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 43 разрушающим воздействиям жидкого металла. Примеры составов паст приведены в таблице 19. Таблица 19 - Примеры составов паст Массовая доля компонентов, %, в составе Компоненты №1 №2 №3 Электрокорунд 70 – – Цирконовый концентрат – 69 – Графит скрытокристаллический – – 31 Тальк – – 22 Глина огнеупорная 7 7 10 Технические лигносульфонаты 6 8 – (жидкие) Вода 17 16 37 Рекомендуемая область применения Стальные отливки Чугунные отливки Припылы (порошкообразные покрытия) обычно наносят на формы, изготовляемые по-сырому. В качестве припыла используют кристаллический графит, цирконовый концентрат, тальк и другие противопригарные материалы. При литье в сырые песчано-глинистые формы в качестве припылов используют: пылевидный кварц, дистен-силлиманит или циркон (отливки из углеродистой стали); алюминиевую пудру (отливки из легированных сталей); графит, молотый древесный уголь, тальк, цемент (чугунные отливки). Иногда используют дешевый и достаточно огнеупорный феррохромовый шлак, а также железную окалину. Сюда же относятся покрытия из пиролитического углерода .[3] 6.3 Сборка формы: спаривание опок, крепление полуформ перед заливкой и установка груза Выбор способа центрирования (спаривания) определяется конструкцией формовочной машины и опочной оснастки, а также серийностью производства. В крупносерийном и массовом производстве рекомендуется применять центрирование «на штырь» и «на штырь-втулку». Способ крепления опок зависит от типоразмера и конструкции опок, способа заливки, характера производства и т.п. В массовом производстве рекомендуется для скрепления опок перед заливкой накладывать на них груз. Чтобы определить вес груза для нагружения собранной формы, необходимо знать ее подъемную силу металла, действующую на верхнюю полуформу, которая, при наличии стержней, всплывающих и опирающихся на верхнюю полуформу при заливке, определяется по формуле: КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 44 P = FHγμ + Vγμ − Vγст , (48) где Р – подъемная сила металла, кг; F – горизонтальная проекция поверхности верхней части формы, м2;H – расстояние поверхности приложения давления до уровня металла в литниковой чаше, м; 𝛾𝜇 удельный вес жидкого металла; V – объем стержня(стержней), м3; 𝛾ст удельный вес стержня. P = 0,44 ∙ 0,2 ∙ 7200 + 0,023 ∙ 7200 − 0,023 ∙ 1430 =766,31 кг. На практике вес груза, который устанавливается на форму, берется в 1,3…1,5 раза больше теоретически подсчитанного, т.к. расчетом не учитывается гидравлический удар в момент окончания заливки и неравномерность распределения давления на верхнюю полуформу. [6] Окончательная величина груза определяется из выражения: Pгруза = P − P ′ ,(49) где P ′ - суммарный вес уплотненной смеси в верхней полуформе и опоке.Плотность формовочной смеси, см = 1,5 – 1,8г/см3, принимаемсм = 1,65 г/см3. Pгруза =766,31-210,87=555,44 кг. КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 45 7 Заливка литейных форм 7.1 Выбор типа заливочного ковша Собранную форму подают к заливочному участку. Заливку производят в горизонтальном, вертикальном и наклонном положении. В нашем случае горизонтально. Для разливки чугуна широко используют барабанные ковши различной емкости. Преимущества барабанных ковшей по сравнению с другими ковшами заключается в безопасности обслуживания и легкости поворота ковша, минимальных тепловых потерь. В нашем случае, формы будем заливать из индукционного канального миксера емкостью V=5,4 т. 7.2 Определение температуры расплава при заливке его в форму Особое значение на качество отливок оказывает температура расплава в момент заливки его в литейную форму. Выбранная температура заливки должна обеспечить заполнение тонких полостей формы и содействовать направленной (одновременной) кристаллизации отливки. Как правило температура заливки (Тзал)зависит от химического состава сплава, размеров формы отливки, теплофизических свойств материала формы и ее температуры в момент заливки и соответствует: Тзал = Тлик + (50 − 200 0 С), (50) гдеТлик - температура начала кристаллизации расплава, С0. [7] Для нашего сплава ВЧ50: Тзал = 1200 + (50 − 2000 С) = 1250 − 1400 0 С 7.3 Внепечная обработка расплава и ее назначение Внепечная обработка расплава в ковше, в форме, в специальных устройствах может производиться с целью модифицирования, легирования, рафинирования. Она осуществляется путем введения в расплав различных добавок или методами внешнего воздействия (перемешивание, вибрация, вакуум, продувка инертным газом). Модифицирование – один из самых важных способов внепечной обработки расплавов и заключается в воздействии на расплав с целью получения заданной структуры. При модифицировании чугунов в расплав вводятся обычно лигатуры РЗМ, чаще всего это магниевые композиции. Модифицирование проводят в ковше, в форме, специальной реакционной камере, с помощью обработки модифицирующей проволокой. В нашем случае, используется модифицирование в форме, так называемый (In-mouldпроцесс). Основой модифицирования чугуна в форме является применение в литниково-питающей системе специальной реакционной камеры, в которую помещается модификатор. Объем камеры рассчитывается по специальной методике. Преимуществами этого метода являются высокая степень усвоения магния (65-90%), получение однородной КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 46 структуры, отсутствие дыма и пироэффекта, возможность индивидуальной технологии обработки для каждой отливки, снижение расхода модификатора. На рисунке 23 показана схема внутриформенного модифицирования. 1 – стояк; 2 – шлакоуловитель; 3 – литниковый ход; 4 – зумпф; 5 – реакционная камера; 6 – модификатор. Рисунок 23 – Схема внутриформенного модифицирования КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 47 8 Затвердевание и охлаждение отливки. Финишные операции 8.1 Расчет продолжительности затвердевания и охлаждения отливки в форме. Меры по интенсификации охлаждения Расчет времени затвердевания и охлаждения чугунных отливок до Т1=4000С, Б.В. Кнорре предлагает вести по следующей эмпирической формуле: τ = a√G, (51) где τ – время охлаждения чугунной отливки до температуры выбивки (Твыб≈400 0С), ч; G – масса отливки, т; а – коэффициент, зависящий от конфигурации отливки и толщины ее стенки. Таблица 20 – Значение коэффициента пропорциональности Толщина стенки, определяющая охлаждение (мм) 20-30 31-50 80-125 126-200 1 15 20 36 47 Класс отливки 2 20 27 47 60 3 27 36 60 75 К 1 классу относятся отливки типа плит с двухсторонним охлаждением. К 2 классу относятся отливки со стержнями с односторонним охлаждением. К 3 классу относятся отливки сложные со смешанным характером охлаждения и несколькими стержнями. [7] Пользуясь вышеприведенными рекомендациями, принимаем 2 класс отливки и получаем время охлаждения чугунной отливки до температуры выбивки: τ = 20√1,9 = 0,87 ч. Охлаждение отливки в форме регулируют в случаях, когда необходимо: 1) предотвратить усадочные дефекты и снизить остаточные напряжения; 2) сократить производственный цикл; 3) получить плотный чугун с заданной микроструктурой. Ниже остановимся на некоторых технологических особенностях методов регулирования скорости охлаждения. Холодильники. Обычно холодильники изготовляют из чугунов СЧ1836 и СЧ21-40. Плоские холодильники для отливок станин, столов, траверс изготовляют толщиной 0,3—0,4 толщины направляющих; шириной — 0,8 ширины КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 48 направляющих, а длиной — 1,0—1,5 ширины направляющих. Для крупных отливок можно рекомендовать плоские холодильники длиной 150 мм, шириной 60, 90 и 120 мм и толщиной 35 и 65 мм. При охлаждении криволинейных поверхностей холодильники выполняют по их контуру. При установке холодильников в форме необходимо соблюдать следующие правила: Расстояние от холодильника до кромки плоскости отливки должно быть 10—20 мм. В зазоры (1—2 мм) между холодильниками засыпать сухой песок для предотвращения заливов. Размещать холодильники в шахматном порядке. Полость в холодильниках заделывать формовочной смесью для исключения попадания металла в нее при заливке. Для сокращения продолжительности охлаждения также используют методы принудительного охлаждения: а) обдувают воздухом, б) при формовке укладывают змеевики, по которым пропускают воздух или воду. 8.2 Выбивка отливок из формы В процессе выбивки необходимо разрушить разовую литейную форму с целью освобождения отливки. Во избежание искажения конфигурации, образования трещин и других дефектов отливок выбивка должна производиться только после завершения процессов кристаллизации расплава и формирования отливок в форме.[7] Практический опыт показывает, что чугунные отливки можно извлекать при температурах: мелкие 700—800°С, средние 400—500 °С, крупные300—400°С. Продолжительность охлаждения отливок в разовых песчано-глинистых формах зависит от их массы, толщины стенок и составляет от 10—15 мин до 24 ч и более. С целью сокращения этого времени используют принудительное охлаждение отливок (водой, воздухом, их смесью). В современных механизированных и автоматизированных литейных цехах охлаждение отливок осуществляется в специальной зоне охлаждения литейного конвейера, снабженной охладительным кожухом, длина которого в зависимости от размеров форм и массы отливок составляет 36—60 м. В современных литейных цехах широко используют автоматические выбивные устройства, которые осуществляют не только выбивку, но и распаровку верхних и нижних опок, установку их на конвейеры и возвращение к формовочным машинам, дальнейшую транспортировку отливок. 8.3 Обрубка, зачистка отливки и очистка ее поверхности После выбивки из форм и удаления стержней отливки подвергают предварительному контролю, выявляя имеющиеся явные дефекты, такие, как КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 49 незаливы, нарушения геометрических форм, вызванные сдвигом стержней или одной опоки относительно другой. Годные отливки обрубают и очищают в очистном отделении цеха. Процесс обрубки заключается в отделении от отливки прибылей, литников, выпоров, в удалении облоев (заливов) по месту разъема полуформ или в области стержневых знаков. Прибыли и выпоры от чугунных и стальных отливок отрезают с помощью ленточных пил, ножовочных и дисковых станков, газовой резкой, скалыванием. Для отделения литников применяют различные прессы — фрикционные, кривошипные, гидравлические. При рабочем ходе пресса пуансон срезаетпитатели и отливки отделяются от стояка. Основным способом очистки является дробеметная обработка, которой подвергаются более 80% производимых отливок. Она производится на специальном оборудовании, к которому относятся барабаны периодического и непрерывного действия, дробеметные столы, проходные камеры полуавтоматические и автоматические, комплексно-механизированные линии, на которых кроме очистки выполняются окраска и сушка отливок. КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 50 9 Дефекты отливки 9.1 Контроль качества отливки и методы диагностики дефектов Наружные дефекты отливок обнаруживаются внешним осмотром непосредственно после извлечения отливок из формы или после их очистки. Внутренние дефекты отливок выявляются радиографическими или ультразвуковыми методами дефектоскопии. При использовании радиографических методов (рентгеноскопии, гамма-дефектоскопии) на отливки воздействуют рентгеновским или гаммаизлучением. С помощью этих методов выявляют наличие дефекта, размеры и глубину его залегания. При ультразвуковом контроле ультразвуковая волна, проходящая через стенку отливки, при встрече с границей дефекта (трещиной, раковиной и др.) частично отражается. По интенсивности отражения волны судят о наличии, размерах и глубине залегания дефектов. Трещины в отливках выявляют люминесцентным контролем, магнитной или цветной дефектоскопией. [3] 9.2 Ожидаемые виды дефектов и причины их образования Газовые раковины — пустоты, имеющие округлую форму, могут располагаться внутри или на поверхности отливок, быть одиночными или гнездными. Основными причинами образования газовых раковин являются: плохое качество расплава, нарушение правил заливки формы, недостаточная газопроницаемость форм и стержней, повышенная влажность формовочных смесей, неудовлетворительная сушка стержней и формы, плохой вывод газов через вентиляционные каналы формы или стержня, применение при сборке окисленных (покрытых ржавчиной) жеребеек и др. Усадочные раковины представляют собой открытые или закрытые полости в теле отливок, имеющие неровную внутреннюю поверхность. Усадочные раковины образуются в утолщенных местах отливок и являются следствием нарушений условий остывания расплава в форме, неправильного подвода расплава в форму, недостаточного питания отливки и заливки форм перегретым расплавом и др. Шлаковые раковины — полости, располагающиеся внутри тела или на поверхности отливок, частично или полностью заполненные шлаком. Шлаковые раковины образуются в результате попадания в полость литейной формы шлака вместе с расплавом. Это происходит вследствие неправильного устройства литниковой системы или небрежной заливки формы. Песчаные раковины чаще всего располагаются на поверхности отливок и представляют собой полости, частично или полностью заполненные формовочной смесью. Причинами образования песочных раковин являются: сор, оставшийся при сборке форм, обвалы отдельных частей плохо изготовленных форм и стержней, разрушение отдельных частей формы струей расплава и др. Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 51 Также часто встречается такой дефект как вылом, который относится к группе дефектов «несоответствие по геометрии». Вылом - это дефект отливки в виде нарушения конфигурации и размера отливки при выбивке, обрубке, отбивке литников и прибылей, очистке и транспортировании. 9.3 Меры исправления дефектов Незначительные дефекты в неответственных местах отливок исправляют. В зависимости от характера дефекта, размеров и конфигурации отливки его исправляют одним из следующих способов: заделывают замазкой, пропитывают мастикой, металлизацией, заваркой жидким металлом, ввертыванием пробок, газовой сваркой, электросваркой и термической обработкой. Раковины на неответственной части детали заделывают бакелитовым лаком или замазкой, состоящей из графита и масла. Пористость чугунных деталей, работающих при небольших гидравлических давлениях, устраняют погружением их в раствор хлористого аммония. Пористость отливок, работающих под более значительным давлением, устраняют запрессовыванием в поры раствора хлористого железа и затем водного раствора аммиака. Для этой цели применяют и другие вещества: сурик, бакелитовый лак, а для уплотнения отливок из медных сплавов их пропитывают концентрированным водным раствором жидкого стекла или бакелитовым лаком. Дефекты отливок в местах, испытывающих большую нагрузку, наиболее надежно исправляют газовой или электрической сваркой. Отливки термически обрабатывают, когда необходимо изменить их твердость, снять внутренние напряжения и в отдельных случаях изменить микроструктуру металла. [1] Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 52 10 Преимущества разработанного технологического процесса В соответствии с заданием на курсовой проект, был разработан технологический процесс на изготовление отливки «Коробка сателлитов дифференциала правая» в условиях массового производства. В процессе работы над проектом были решены следующие задачи: 1) назначен способ изготовления литейной формы; 2) выбран вид и состав формовочных и стержневых смесей; 3) проверена технологичность конструкции и материала отливки; 4) определено положение отливки в форме, линия разъема модели и формы, количество отливок в форме; 5) выполнены необходимые технологические расчеты, чертежи отливки, формы, и технологической оснастки. За основу проекта был взят реальный технологический процесс, который был изучен за период прохождения производственной практики в литейном цехе предприятия ОАО «ГАЗ». Преимуществами разработанного технологического процесса можно отметить следующее: 1) За счет более рационального расположения отливки в форме был снижен расход основных и вспомогательных материалов; 2) Благодаря использованию «сырых» песчано-глинистых форм, не тратится время на их подсушку, а значит сокращается цикл изготовления готовых изделий, что несомненно является положительным фактором в условиях современного производства; 3) Изменение конструкции литниковой системы, привело к повышению технологического выхода годного, а также к улучшению качества самих отливок. КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 53 11 Список использованной литературы 1 А. М. Дальский, И. А. Арутюнова, Т. М. Барсукова и др.; Технология конструкционных материалов. Учебник для машиностроительных специальностей вузов / Под общ.ред. А. М. Дальского, М.: Машиностроение, 1985. — 448 с. 2 А.П. Трухов, Ю.А. Сорокин, М.Ю. Ершов и др.; Технология литейного производства: литье в песчаные формы: Учебник для студ. высш. учеб.заведений/М.:Издательский центр «Академия», 2005. - 528 с. 3 В.П. Можарин; Литейное производство: учебное пособие в двух книгах. Книга 2/Юргинский технологический институт. – Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 468с. 4 Трифонов Ю.И., Курилина Т.Д.; Проектирование литейной оснастки и технологии литейного производства: Технология отливки: учеб.пособие (практикум)/Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева. – Нижний Новгород. 2015. – 140 с. 5 Трифонов Ю.И., Курилина Т.Д.; Проектирование литейной оснастки и технологии литейного производства: Технологическая оснастка: учеб.пособие (практикум)/ Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева. – Нижний Новгород. 2015. – 170 с. 6 А.С. Романов.; Конструирование отливки: метод.указания к практическим занятиям;НГТУ им. Р.Е. Алексеева; - Н.Новгород, 2015. – 49 с. 7 Ю.И. Трифонов, В.А. Решетов.; Методическая разработка к выполнению курсового проекта по дисциплине « Технологические основы литейного производства»/ НГТУ; - Н.Новгород, 2008. – 68 с. Лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 54 12 Приложения 1 Спецификация, формат А4 – 3 листа 2 Чертеж отливки, формат А1 – 1 лист 3 Чертеж модельной плиты (низа), формат А1 – 1 лист 4 Чертеж формы в сборе (вид на нижнюю полуформу), формат А1 – 1 лист 5 Чертеж формы в сборе (разрез), формат А1 – 1 лист КП-ТЛП-НГТУ-13ЛП-010-16 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 55
