Разработка технологического процесса изготовления отливки «Крышка» методом литья под давлением

 

 

Определение размеров питателя:

Толщина питателя:

h_пит = (0,8 ... 1,0) * σ_отл ,   (6)

h_пит =  1*9 = 9 мм

где   σ_отл – толщина отливки в месте подвода металла, мм

Ширина питателя, мм:

b_пит = f_пит / h_пит ,  (7)

b_пит = 400/9 = 44 мм

Длина питателя, мм:

l_пит = (4 ... 6)* h_пит ,   (8)

l_пит = 4*9 = 36 мм

 Определение размеров  камеры прессования:

F_кп. = υ_ж / [(0,7…0,8)* l_кп] ,  (9)

где F_кп. - площадь сечения камеры прессования, см²

     l_кп - длина рабочей камеры прессования

1_кп = 1,25*L ,   (10)

1_кп = 1,25*7,45 = 9,31 см

где  L - длина отливки, cм

       υ_ж – объем жидкого металла, см³

υ_ж = υ_отл + υ_пит + υ_пр.ост + υ_пром (11)

где υ_отл. - объем отливки, см³

      υ_пит. - объем питателей, см³

      υ_пр.ост. - объем пресс - остатка, см³

      υ_пром - объем промывника, см³ (находится исходя из таблицы 11)

 Объем отливки:

υ_отл = m/ p_{1 ,}   (12)

где   m - масса отливки, г

        p₁ - плотность расплава, г/см³

 υ_отл = 1820/2,7 = 674 см³

 

  Объем питателей:

      υ_пит. = h_пит* b_пит* l_{пит ,}      (13)

      υ_пит. = 0,9*3,1*3,6 = 10,04 см³

   Объем пресс  – остатка:

υ_пр.ост = 0,4* υ_{отл. ,}    (14)

υ_пр.ост = 0,4*674 = 242,64 см³

  Объем промывника:

υ_пром =  (s*h*)+((1/3*H*( *B+ *b+)+((1/3*π*H*(b²+Bb+B²)/2)) (34)

υ_пром = (5*1,5*30)+((1/3*15(30*16+30*12+))+((1/3*3,14*15*(12²+16*12+16²)/2)) = 225+3910,41+4182,48 = 8317,89 мм³ = 8,32 см³

υ_ж = 674 + 10,04+ 242,64 + 8,32 = 935 см³

Таблица 11 - Размеры промывников в зависимости от толщины стенки отливки, мм                                                                                  

	Размер  промывника	Толщина стенки отливки
	промывника	2-4	5-8	9-15	св. 15
	В	6	10	16	20-30
	b	5	8	12	16-20
	H	6	10	15	20-30
	h	0,3 - 0,8	1,5-1,2	0,8 -1,5	1,0-2,0
	s	2	3-5	5-8	10-15
		20-30	20-50	30-70	40-100
	L	30-40	30-60	40-80	50 -120

 

F_кп = 935 / [0,8* 9,31] = 125,54 см²

    Определение диаметра камеры прессования:

d_кп =

  ,  (15)

d_кп =

  = 12,64 см

   Расчёт скорости  прессования            

Расчёт скорости прессования  ω_пр. ведётся по формуле:

ω_пр =

,   (16)

ω_пр =

= 9,6 м/с

 

Под скоростью прессования понимают скорость перемещения плунжера за период заполнения формы прессования.

    Определение усилия прессования:

_{Р пр = Рин + Ргд + Рсм + Ргаз + Рмет + Рмат ,  (17)}

 

_{где  Рпр – усилие прессования, кГс}

       _{Рин – усилие необходимое на преодоление инерционных сил, кГс}

                                                              P_{ин =}   ,    (18)

 

где  g = 981 – ускорение свободного падения, см/с²

P_{ин =}

  = 159216 Гс = 159,22 кГс

            Р_гд – усилие необходимое для преодоления местных гидродинамических     сопротивлений литниковой системы, кГс

_{Ргд = Рин × ζ с ,   (19)}

_{где  ζ с}- суммарный коэффициент местных гидравлических сопротивлений формы и литниковой системы.

,    (20)

где  ξ₁ = 0,98

      ξ₂ = 0,45

    

     F_отл – площадь сечения отливки, перпендикулярная питателю, см

= 7,63

_{Ргд = 159,22*7,63 = 1214,85 кГс}

     Р_см – усилие смятия образовавшейся твёрдой корки металла пуансоном в камере прессования, кГс

_{Рсм = ƒ кор × σ с  ,   (21)}

 

где σ_с  - предел прочности на смятие корки металла вблизи температуры солидуса, σ_с=50 кГс/см

f_кор - площадь сечения затвердевшей корки

 

,   (22)

где  α =0,3 ...0,5 ккал/см²∙с

       ρ - плотность  расплава, г/см³

       t_кр - температура заливки, °С [1 табл.2.2]

       t_ф - температура формы, °С (находится исходя из таблицы 10)

       τ_охл - время охлаждения отливки ~ 1 сек [1 рис.3.38]

 

= 254,5 см²

_{Рсм = 254,5*50 = 12725 кГс}

  Р_газ - усилие на преодоление противодавления газов в полости формы, кГс

_{Р газ = n × Р 2газ × ƒ пит ,   (23)}

 

где n - поправочный коэффициент, n=(3-4)

      Р_2газ - противодавление газов, кГс

_{Р 2 газ = Р 1 газ* Тмет / Тф ,  (24)}

 

где P_1газ - давление газа в форме до ее заполнения, кГс; Р_1газ = 1 кГс               

      Т_мет - температура металла, равная температуре ликвидуса расплава, К (находится исходя из таблицы 4)

      Т_ф - температура формы, К

_{Р 2 газ = 1*910 / 473 = 1,92 кГс}

_{Р газ = 3*1,92*40 = 230,4 кГс}

       Р_мет - усилие на создание напора для поднятия металла до верхнего уровня полости формы, кГс

_{Pмет = H *ρ*Fотл ,    (25)}

 

где  Н - высота отливки над осью камеры прессования, см

       F_отл - площадь отливки, см²

F_отл = ½r*n*a ,    (26)

где r – радиус вписанной окружности, см

      n – число сторон правильного многоугольника, n = 8

      a – сторона правильного многоугольника, см

F_отл = ½*6,9*8*2,9 = 80,04 см²

_{Pмет = H *ρ* Fотл. = 0,9*2,7*80,04 = 194,49 Гс = 0,19 кГс}

   Р_нат - усилие для преодоления сил поверхностного натяжения расплава питателях, кГс

Р_нат =

* Σ F_пит ,  (27)

      где  r - половина толщины питателя, см

             = 1

r = h_пит/2 ,   (28)

r = 0,9/2 = 0,45 см

Рнат =

* 40 = 4444,4 кГс  

_{Р пр = 159,22+1214,85+12725+230,4+0,19+4444,4 = 18774,06 кГс}

      _{Расчёт площади  сечения вентиляционных  каналов}

_{Ширина вентиляционных каналов, м}

 ,   (29)

       где   - площадь вентиляционных каналов, м

               h_k - необходимая толщина вентиляционных каналов, м

h_k = (0,10-0,20) м

Площадь вентиляционных каналов, м

,   (30)

где  n - коэффициент запаса, n = (2-3)

 ,   (31)

= 0,002 м² ,    (32)

= 0,004 м²

где   t_ф - температура формы, К

        D = 0,086 град / м для газов, заполняющих форму

        P₁- давление в полостях формы перед впуском расплава P₁= 1 кГс/см²

        P₂- давление в полостях формы после впуска расплава, Р₂< 5 кГс/см²

        – ускорение свободного падения, 9,81 м/с²

= 0,004 м²

= 0,02 м

    Расчёт усилия запирания.

_{Рзап = Рст + Руд     (33)}

 

где Р_ст - статическое усилие запирания, кГс

 ,   (34)

где  Р_пр - усилие прессования, кГс

        F_n - сумма площадей проекций на плоскость разъема формы, см²

F_п = 2F_отл + 2F_пром + 2F_пит + F_кп       (35)

где  F_пром – площадь промывника,

      F_пит – площадь питателя

      Площадь промывника

F_пром = (l *s + L*B) ,        (36)

F_пром = (3*0,5 + 4*1,6) = 7,9 см²

     Площадь  питателя

         F_пит = b_пит* l_{пит  ,}         (37)

F_пит = 3,1* 3,6 = 11,16

F_n = 2*80,04 + 2*7,9 +2*11,16 +125,54 = 323,74 см² ,       (38)

где  F_пит - площадь питателя, см²

F_пит = l _пром* b_пром ,        (39)

где  n – количество промывников, шт

   

= 48414,16 кГс

где  Р_уд – сила удара, кГс

 

  ,    (40)

где   n - поправочный коэффициент, n=(0,6-0,7)

        Е - модуль упругости расплава, Е=0,7 х 10¹⁰ кГс/м²

        р₁ - плотность расплава, г/см³  

        p₁^, - плотность рабочей жидкости (масла), 0,8 г/см³  

        g -  ускорение свободного падения, 981 см/с²

       С – скорость распространения звуковой волны в жидкости  механизма прессования, С = 10 см/с    

 

   = 406000 кГс

_{Рзап = 48414,16+406000 = 454417,26 кГс}

      _{Исходя из расчётных данных принимаем машину для литья под давлением 711А10. [10 табл. 8.2]}

 

3.2 Расчет формы 

    При разработке чертежа  формы необходимо учитывать уменьшение  размеров отливки за счет кристаллизации, а также учесть и предусмотреть  литейные уклоны и радиусы.  Габариты пресс-формы рассчитываются из таблицы 12:

Таблица 12 – Толщина стенки пресс-формы

Масса порции расплава, кг	1,25	2,1	3,6	6,0	6,5
Толщина стенки формы, мм	190-420	220-500	260-600	320-710	350-760

 

Исходя из данных таблицы 12 принимаем толщину стенки формы – 350 мм. Принимаем следующие габаритны размеры формы (длина x ширина x высота), мм – 792 x 640 x 784.

 

3.3 Расчет шихты и баланса  металла

      Произведем расчет  шихты для приготовления сплава  АК8М при применении 50% отходов  собственного производства (возврата) и 50% первичных металлов и лигатур.  Составим баланс металла на 480 т годного литья.

Плавка производится в печи ИАТ  – 0,4. Расчет производится на 100 кг сплава по среднему химическому составу. Программа 480 т/год.

Химический состав сплава по ГОСТ 1583-93

 Al = 88,2 – 90,8%     Si = 7,5 - 9%    Mg = 0,3 – 0,5%     Сu  = 1 - 1.5 %   Mn = 0,3 – 0,5%   Ti = 0,1 – 0,3%

Угар компонентов сплава в процессе плавки принимаем в соответствии со справочными данными [2 табл.52]: Al = 1%      Si = 1%     Mg = 2% Cu = 1%     Mn = 1,5%      Ti = 1%

        Химический  состав лигатуры принимаем в  соответствии со справочными  данными[2 табл.38]:

Лигатура Al – Si:       13% Si     87% Al

          Лигатура  Al – Cu:      50% Cu    50% Al

Лигатура Al – Mn:     10% Mn   90% Al     

          Лигатура  Al – Ti:       5% Ti       95% Al

Все полученные данные заносим в таблицу 13

 

 

 

Таблица 13 - Средний химический состав сплава с учетом угара

Наименование показателей	Элементы						Всего
	Al	Si	Mg	Cu	Mn	Ti
Состав сплава по ГОСТ 1583-93,%	88,2 – 90,8	7,5 - 9	0,3 – 0,5	1 - 1.5	0,3 – 0,5	0,1 – 0,3	100
Состав сплава, принятый к расчету (средний), %	89,5	8,25	0,4	1,25	0,4	0,2	100
Кг	89,5	8,25	0,4	1,25	0,4	0,2	100
Угар, %	1	1	2	1	1,5	1	-
Кг	0,895	0,08	0,008	0,013	0,006	0,002	1,004
Количество  шихтовых материалов с  учетом угара, кг	90,395	8,33	0,408	1,263	0,406	0,202	101,004

 

    Определяем количество отходов собственного производства в виде сплава АК8М.

(101,004*50)/100 = 50,502 кг

    Определяем количество элементов Al, Si, Mg, Cu, Ti попадающих в рабочий сплав с отходами собственного производства.