Технология изготовления отливки "Корпус"

Министерство образования  и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Машиностроительный институт

Кафедра автоматизации  и технологии литейных процессов

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Студент: Николаев Кирилл Васильевич гр. МП-403

Тема проекта: Технология изготовления отливки «Корпус»

___________________________________________________________________________

Утверждена решением заседания кафедры

Срок сдачи проекта

По заданным техническим требованиям к отливке, её геометрическим характеристикам и объему производства, определить оптимальные параметры технологического процесса её изготовления:

а) определить припуски на механическую обработку;

б) определить положение  отливки в форме при заливке;

в) определить разъем формы;

г) установить границу  стержней, определить величину знака  стержня;

д) установить место  подвода металла к отливке;

е) выбрать и рассчитать литниковую систему;

ж) выбрать размер опок.

030503.09.213 ПЗ

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Разраб.

Николаев

Технология изготовления отливки

«Корпус»

Пояснительная записка.

Лит.

Лист

Листов

Пров.

Камаев

2

22

РГППУ, каф. АТЛП

Гр. МП-403

Н. контр.

Категоренко

Утв.

Чуркин

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.....................................................................................................................................4

1. Характеристика литой  детали и условий ее службы.........................................................6

    1.1. Геометрические сведения литой детали......................................................................6

    1.2. Материал  отливки и его свойства.................................................................................6

2. Выбор способа производства  отливки................................................................................7

    2.1. Выбор формовочных  и стержневых смесей................................................................7

    2.2. Выбор и обоснование  плоскости разъема формы и подвода

          сплава  к отливке..............................................................................................................8

3. Литейные формы и стержни.................................................................................................9

    3.1. Определение размеров  опок. Выбор конструкции и материала  опок.......................9

    3.2. Определение количества  стержней и их размеров......................................................9

    3.3. Описание способа  изготовления форм и стержней.....................................................9

    3.4. Расчет массы груза.......................................................................................................10

4. Определение припусков на механическую обработку....................................................11

5. Обеспечение питания отливки...........................................................................................12

    5.1. Определение узлов  питания отливки и зон действия  прибылей.............................12

    5.2. Конструирование и  расчет прибылей.........................................................................12

    5.3. Определение выхода  годного......................................................................................13

6. Конструирование и расчет литниковой  системы.............................................................13

    6.1. Обоснование принятого  типа литниковой системы и способа

           заливки сплава в форму...............................................................................................13

    6.2. Расчет оптимальной  продолжительности заливки и площадей

           сечений литниковых каналов......................................................................................14

7. Модельно-литейная оснастка.............................................................................................16

8. Подготовка форм и стержней  к заливке, сборка и заливка  формы................................16

9. Выбивка, обрубка и очистка  отливок................................................................................17

10. Термическая обработка отливок......................................................................................17

11. Контроль качества отливок..............................................................................................18

12. Возможные дефекты отливок  и меры по их устранению..............................................19

Заключение...............................................................................................................................21

Библиографический список....................................................................................................22

030503.09.213 ПЗ

Лист

3

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

ВВЕДЕНИЕ

Развитие техники предъявляет  свои требования к качеству литых  заготовок. Современные отливки должны иметь высокие и регламентированные механические свойства, физические и химические характеристики.

Литейное производство оказывает большое влияние на качественные показатели и надежность современных машин и оборудования. В связи с этим значимость литейного производства не уменьшается, а наоборот, увеличивается. Центральное место литейного производства в машиностроении обусловлено рядом его несомненных преимуществ:

1. Отливки имеют большую степень конфигуративной точности и максимально приближенны к деталям. Отходы металла в стружку у литейных заготовок в 1,5 – 2 раза меньше, чем у деталей, изготавливаемых из проката. 30 % общего выпуска отливок применяются без механической обработки;
2. Суммарная энергоемкость при изготовлении деталей из литых заготовок в 2 – 6 раз меньше, чем при использовании других технологий;
3. Применяемые в литейном производстве способы формообразования отличаются большой экономичностью и универсальностью. Литьем можно получать заготовки практически любой конфигурации и из любых сплавов без существенных ограничений по массе и габаритным размерам;
4. Имеется возможность в широких пределах повышать эксплуатационную прочность заготовок. Литые заготовки обладают, как правило, большей жесткостью, чем сварные;
5. Литые заготовки, в отличие от всех других видов заготовок, имеют более низкую себестоимость;
6. Для литейной технологии характерна органическая ориентированность на организацию замкнутого поточного автоматизированного производства.

Основной целью выполнения данного курсового проекта является формирование навыков самостоятельного решения вопросов технологии изготовлении отливок в разовых песчано-глинистых формах. Объектом проектирования является разрабатываемая отливка, предметом курсовой работы – технология изготовления этой отливки, включающая все этапы ее создания.

При выполнении курсового  проекта решаются следующие задачи:

• выбор и обоснование материала, способа производства отливки;
• выбор формовочных и стержневых смесей;
• выбор способа изготовления литейной формы и стержней;
• обеспечение питания отливки и ее направленного затвердевания;
• конструирование литниковой системы;
• выбор модельно-литейной оснастки;
• применяемый способ сборки и заливки формы;
• способы выбивки, обрубки и очистки отливок;
• режим термической обработки отливок;
• способы контроля параметров, по которым проводится сдача готовых отливок;
• возможные дефекты отливок и меры по их устранению.

В пояснительной записке  приведены следующие расчеты: расчет прибылей и литниковой системы, расчет черновой массы отливки, выхода годного и коэффициента

030503.09.213 ПЗ

Лист

4

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

использования металла.

В графической части  курсового проекта выполнены  три чертежа формата А1: чертеж детали с нанесенными элементами литейной технологии, чертеж собранной формы в состоянии готовности к заливке и чертеж расположения модели и литниковой системы на подмодельной плите.

030503.09.213 ПЗ

Лист

5

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТОЙ ДЕТАЛИ И УСЛОВИЙ ЕЕ СЛУЖБЫ

1.1. Геометрические  сведения литой детали

Литейные дефекты, снижающие  прочность детали (это, прежде всего, усадочные и газовые раковины) не допускаются.

По конфигурации деталь представляет собой квадратный тройник с основанием. Рабочая полость тройника отделена от основания перемычкой. Тройник состоит из трех цилиндрических отверстий, находящихся в горизонтальной плоскости относительно основания и расположенных под углом 90 градусов относительно друг друга. Две цилиндрические части имеют ребра жесткости для связи с основанием корпуса.

Общая высота детали – 680 мм, длина  – 1550 мм, ширина – 320 мм, преобладающая  толщина стенки детали – 70 мм, масса  детали – 550 кг.

1.2. Материал  отливки и его свойства

Выбор осуществляем по заданному  комплексу механических свойств, специфическим  требованиям к литейным свойствам, физическим характеристикам и характеру нагружения и износа материала детали с учетом ее конфигурации и назначения. При этом отдаем предпочтение экономно легированным сталям.

Так как для работы детали не требуется специфических  свойств (например, коррозионной стойкости, жаропрочности, жаростойкости и т. д.), то выбираем в качестве материала отливки углеродистую сталь 35Л по ГОСТ 977-88 [4].

Сталь 35Л [4] используется для изготовления отливок, таких как станины прокатных станов, зубчатые колеса, тяги, бегунки, задвижки, балансиры, диафрагмы, катки, валки, кронштейны и другие детали, работающие под действием средних статических и динамических нагрузок.

Таблица 1 Химический состав материала [4]

Механические свойства [4]:

• предел текучести ;
• временное сопротивление ;
• относительное удлинение ;
• относительное сужение ;
• ударная вязкость ;

• твердость .

Литейные свойства [4]:

• температура начала затвердевания ;
• показатель трещиноустойчивости ;

030503.09.213 ПЗ

Лист

6

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

• склонность к образованию усадочной раковины ;
• жидкотекучесть ;
• линейная усадка 2,2 - 2,3 %;
• склонность к образованию усадочной пористости .

2. ВЫБОР СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВКИ

При выборе способа производства отливок будем основываться на таких факторах, как качество получаемой отливки, ее массу, серийность и назначение. Для нашей отливки имеем: по весовой группе отливка средняя (от 101 до 1000 кг), отливка ответственного назначения (отливка, испытываемая на прочность, работает при статических нагрузках, а также в условиях трения скольжения), мелкосерийное производство.

Следовательно, выбираем способ производства отливки – литье  в песчано-глинистые формы. Это наиболее распространенный способ изготовления мелкосерийных отливок.

Изготовление формы  целесообразно проводить машинной формовкой, с применение деревянной модели и металлической оснастки (опок и модельных плит). Машины позволяют механизировать две основные операции формовки  и некоторые вспомогательные (устройство литниковых каналов, поворот опок и т. д.). При механизации процесса формовки улучшается качество уплотнения, возрастает точность размеров отливки, резко повышается производительность труда, облегчается труд рабочего, и улучшаются санитарно-гигиенические условия труда в цехе, уменьшается брак.

Для формовки выбираем формовочную  машину марки 22425 – пневмогидравлическая встряхивающе-прессовая с поворотом полуформы. Максимальный размер опоки: 2200×1800×500, максимальная грузоподъемность машины – 3000 кг, производительность – 50 полуформ в час [5].

2.1. Выбор формовочных  и стержневых смесей

Для получения  качественных отливок в песчаных формах большое значение имеет материал, из которого изготовлена форма. Заданные свойства формовочных смесей и форм обеспечиваются, прежде всего, посредством выбора соответствующих формовочных материалов.

Так как масса  отливки превышает 500 кг, выберем формовочную смесь для заливки по сухому. Такие смеси используются для изготовления крупных, сложных, чугунных отливок и стальных отливок ответственного назначения массой больше 100 кг. После изготовления формы сушат в специальных печах 8-12 часов.

Формовочные смеси для  стального литья отличаются от смесей для чугунного литья большей огнеупорностью, так как температура заливки стали превышает 1500°С. Высокая температура заливки способствует увеличению химического и термического пригара, поэтому трудности получения оливок с чистой поверхностью увеличиваются. Для приготовления формовочных смесей применяют в основном обогащенные и кварцевые пески классов 1К и 2К с содержанием кремнезема не менее 95%. Глинистые пески для изготовления форм стального литья не применяют. При изготовлении форм для отливки малой массы предпочтительно применяют кварцевые пески зернистостью

030503.09.213 ПЗ

Лист

7

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

016А 02А, что  обеспечивает низкую шероховатость поверхностей отливок.

Состав смеси [9]:

• Песок 1К016А – 8%;
• Оборотная смесь – 90%;
• Сульфитно-дрожжевая бражка – 1%;
• Глина – 1%;
• Влажность смеси: 3,5-4,5%.

Стержни в процессе заливки испытывают значительно большие термические и механические воздействия по сравнению с формой, поскольку обычно они окружены расплавом. По этой причине к стержневым смесям предъявляются более жесткие требования. Прочность стержней в сухом состоянии и поверхностная твердость должны быть выше, чем у формы. Стержневые смеси должны иметь большую огнеупорность, податливость и небольшую гигроскопичность, особенно при формовке по-сырому, высокую газопроницаемость и малую газотворную способность, хорошую выбиваемость.

Состав смеси [9]:

• Песок 1К016 – 97-98%;
• Глина – 2-3%;
• Крепитель Б-3 (сульфидная барда) – 4,3%;
• Связующее СБ (или КО) – 3,6%;
• Влажность – 2,8-3,4%.

В качестве противопригарных покрытий используем самовысыхающие краски [9]:

• Поливинил-бутарель – 1,5%;
• Растворитель – 45,5-47-5%;
• Циркон – 51-58%.

2.2. Выбор и  обоснование плоскости разъема формы и подвода сплава к отливке

При выборе положения  отливки в форме и плоскости  разъема формы необходимо обеспечить соблюдение ряда условий, позволяющих получать качественную отливку при минимальных расходах на ее изготовление.

Выбранное положение  отливки в форме обеспечивает:

• направленное затвердевание отливки;

• экономия формовочной смеси;

• надежную установку и фиксацию центрового стержня на знаках в нижней полуформе.

Выбранная поверхность  разъема формы обеспечивает:

1. минимальное число разъемов формы;
2. свободное извлечение модели из формы;
3. плоскую поверхность разъема формы.

Подвод металла в  форму лучше всего осуществить  в нижнюю часть отливки, так будет происходить равномерное заполнение формы. Так как вся отливка выполняется в стержнях – это самый лучший вариант подвода металла, чтобы не размыть стержни. Так же при таком способе подвода металла – металл будет плавно подходить к отливке, а не резко падать.

030503.09.213 ПЗ

Лист

8

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

3. ЛИТЕЙНЫЕ ФОРМЫ И СТЕРЖНИ

3.1. Определение  размеров опок. Выбор конструкции  и материала опок

Для определения размеров опок будем руководствоваться рекомендациями, изложенной в справочной и технической литературе. В зависимости от массы жидкого металла и толщины стенки отливки выбираем соответствующую толщину песчаной формы от нижней, верхней и боковых стенок отливки, а также расстояния от прибыли или литниковой  системы, обеспечивающие соответствующую прочность формы.

Толщина слоя смеси:

• от верха модели до верха опоки – 150 мм;
• от низа модели до низа опоки – 200 мм;
• от модели до стенки опоки – 90 мм;
• между моделью и шлакоуловителем – 120 мм.

Учитывая данные размеры  толщины смеси, а также геометрические размеры отливки и прибылей выбираем опоки: верха ГОСТ 14991-69 [6] с размерами в свету 2200×1400×400 мм, низа ГОСТ 14992-69 [7] с размерами в свету 2200×1400×500 мм.

3.2. Определение  количества стержней и их размеров

Для изготовления данной отливки будем использовать два стержня, симметричных друг другу. Они будут оформлять боковые отверстия и одновременно выемки на стенках.

3.3. Описание  способа изготовления форм и  стержней

Изготовление формы  происходит на формовочной машине.

Изготовление нижней полуформы начинают с установки модели (вместе с прибылями), моделей питателей, шлакоуловителя и стояка на модельную плиту. Модельную плиту предварительно крепят на стол формовочной машины. Затем на плиту ставят верхнюю опоку, фиксирование опоки происходит с помощью центрирующего и направляющего стержней. Расстояние между моделью и стенкой опоки должно быть 60 мм. Модель пропыляют модельной пудрой.

В опоку насыпают смесь  и уплотняют при помощи встряхивающе-прессового механизма машины.

Излишек смеси после уплотнения срезают лопатой вровень с кромками опоки. Затем в форме иглой прокалывают вентиляционные каналы так, чтобы они не доходили до модели на 10-15 мм. После этого извлекают модель из готовой полуформы.

Изготовление нижней полуформы проводится аналогичным образом. На столе формовочной машины устанавливают подмодельную плиту, на плите крепят питатели.

Отделанную форму перед  сборкой присыпают порошком графита  или древесного угля. Затем устанавливают стержни и собирают форму.

Стержни получают в специально изготовленных стержневых ящиках в ручную.

Стержень №1 выполняется  цельным. Перед изготовлением стержня  внутреннюю поверхность вытряхного с выемными вкладышами ящика смазывают  разделительной смесью. Стержневую смесь насыпают в ящик, устанавливают каркас, разравнивают и уплотняют. Смесь в ящике уплотняется в несколько приемов, после чего верхний слой

030503.09.213 ПЗ

Лист

9

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

уплотненной смеси срезают совковой лопатой и сглаживают гладилкой. После этого из стержневого ящика извлекают  готовый стержень. Стержень №2 изготавливается аналогичным способом.

Готовые стержни сушат при температуре 150-250^оС в сушилах в течение 1,5-2,5 часов и покрывают противопригарной краской из пульверизаторов.

3.4 Расчет массы груза

где – вес груза;

      – сила подъема верхней полуформы;

      – вес верхней полуформы.

где – плотность жидкого металла (в нашем случае равна 7,83 г/см³);

      – ускорение свободного падения;

      – объем тела давления.

где – объем верхней полуформы;

      – объем полуформы, полностью заполненной формовочной смесью;

      – объем элементов литниковой системы, которые находятся в верхней полуформе;

      – объем знака стержня, который выходит в нижнюю полуформу;

      – объем прибыли;

      – объем отливки, находящейся в верхней полуформе.

Определим объем верхней полуформы :

Определим вес верхней полуформы :

где – плотность жидкого металла (в нашем случае равна 7,83 г/см³);

       – масса опоки.

030503.09.213 ПЗ

Лист

10

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИПУСКОВ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ

Усадкой называется свойство металлов и сплавов уменьшать свой объем при затвердевании и охлаждении. Вследствие этого модель должна быть несколько больших размеров, чем будущая отливка. Уменьшение линейных размеров отливки в условиях определенного производства называют литейной усадкой. Ее величина для каждой конкретной отливки зависит от марки сплава, от ее конфигурации и устройства формы.

Припуски на механическую обработку даются на всех обрабатываемых поверхностях отливки. Величина припуска зависит от положения поверхности  при отливке, способа формовки и чистоты обработки поверхности, а также от величины отливки и самой обрабатываемой поверхности.

При машинной формовке ввиду  большей точности литья припуски на обработку даются меньшие, чем  при ручной формовке. Наибольшие припуски предусматриваются для поверхностей, которые при заливке обращены вверх, так как они больше всего засоряются неметаллическими включениями.

Формовочными называют уклоны, которые придаются рабочим  поверхностям литейных моделей для  обеспечения свободного извлечения их из форм или освобождения стержневых ящиков от стержней без разрушения в том случае, если конструкция детали не предусматривает конструктивные уклоны. Величина уклона зависит от высоты стенки, материала модели и от способа формовки. Для машинной формовки металлические модели имеют уклон 0,5-1.

Для достижения заданных чертежом размеров детали и необходимого качества поверхности на обрабатываемых частях отливки назначим припуски на механическую обработку. Величину припусков определим в зависимости от класса точности отливки, ее номинальных и габаритного размеров, положения при заливке, способа литья и вида сплава.

В соответствии с ГОСТ 26645-85 [10] действует следующая последовательность для определения класса-точности:

1. определение допусков размеров, исходя из номинального размера отливки (табл. 1 ГОСТ 26645-85);
2. определение допусков формы и расположения элементов отливки для степеней коробления, исходя из номинального размера отливки (табл. 2 ГОСТ 26645-85);
3. определение допуска массы отливки для классов точности, исходя из номинальной массы отливки (табл. 4 ГОСТ 26645-85);
4. определение общего припуска на сторону для рядов припуска отливки, полученных в п.2 (табл. 6 ГОСТ 26645-85);
5. обозначение точности отливок по полученным данным.

Ряд припуска в соответствии с литьем в песчаные формы и материалом отливки принимаем . Основные припуски на механическую обработку назначают в зависимости от допусков размеров, полученных выше, дифференцированно для каждого элемента отливки в соответствии с ГОСТ 26645-85 [10]:

• группа сложности отливки – 2;
• номинальный размер отливки – 1550 мм;
• способ литья – литье в песчаные формы;
• вид сплава – сталь 35Л.

030503.09.213 ПЗ

Лист

11

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Исходя из выше перечисленных показателей класс точности отливки – 7-13-2-5 (где 7 – класс точности размеров отливки, 13 – класс точности массы, 2 – степень коробления, 5 – ряд припусков на механическую обработку).

5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПИТАНИЯ ОТЛИВКИ

Из теории литейных процессов  известно, что объемные изменения, происходящие при затвердевании сплава (усадка сплава), могут привести к образованию объемных усадочных дефектов в отливках. Для того чтобы избежать их возникновение, необходимо обеспечить компенсацию объемной усадки во всех участках отливки путем беспрепятственной доставки к ним необходимых объемов жидкого металла из прибыли. Процесс компенсации объемной усадки называется питанием отливки.

Для осуществления эффективного питания отливки необходимо обеспечить направленное к прибыли затвердевание отливки, при этом должны выполняться два условия:

• по мере приближения к прибыли продолжительность затвердевания сечений отливки должна монотонно увеличиваться;

• сплав в прибыли должен затвердевать последним.

В тех элементах отливки, где нарушается направленность затвердевания, возникают усадочные дефекты.

5.1. Определение  узлов питания отливки и количества  прибылей

Для определения количества прибылей и мест их установки необходимо выделить в конструкции отливки все участки, изолированные друг от друга в конце их затвердевания.

Принцип направленного  затвердевания выполняется во всех частях данной отливки.

Для питания отливки выделим одну прибыль, которая будет устанавливаться на питающем узле. Устанавливаем закрытую куполообразную

5.2. Конструирование и расчет прибылей

Рассчитаем объемы прибылей по формуле Й. Пржибыла:

где – часть объемной усадки сплава, принимающая участие в формировании усадочной раковины (для стали );

       – коэффициент, зависящий от рода сплава и от принятых мероприятий по повышению рабочего давления в прибыли, по теплоизоляции и обогреву прибылей (для прибылей, где рабочее давление ниже атмосферного  );

       – объем питаемого узла отливки, см³.

Рассчитаем объем питаемого  узла:

030503.09.213 ПЗ

Лист

12

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Объем прибыли будет  равен:

Рассчитаем высоту закрытой куполообразной прибыли с компактной формой горизонтального сечения:

Полная высота прибыли  составит:

5.3. Определение выхода годного

Коэффициент выхода годного  показывает сколько металла, заливаемого в форму, приходится непосредственно на отливку. Выход годного рассчитывается по формуле:

где – масса отливки, кг;

      – масса прибылей, приходящаяся на одну отливку, кг;

      _. – масса литниковой системы, приходящаяся на одну отливку, кг.

Массу прибылей можно  вычислить, зная объем прибылей и  плотность стали:

Массу литниковой системы  определим как 5% от массы отливки:

Массу припусков определим как 5% от массы  детали:

Массу отливки определим как сумму  массы детали, припусков и напусков:

Таким образом, подставив  полученные данные в исходное уравнение, определим коэффициент выхода годного  для нашей отливки:

6. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ

6.1. Обоснование  принятого типа литниковой системы  и способа заливки сплава в форму

Заполнение форм сплавом  является первым этапом формирования отливки. Несмотря на свою относительною кратковременность, заполнение формы в значительное мере определяет качество отливки. Подавляющее большинство технологического брака в литейном производстве связано с неправильной организацией отливки.

Для обеспечения качественного  заполнения формы сплавом литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям:

• обеспечивать заполнение формы за некоторое оптимальное время;

030503.09.213 ПЗ

Лист

13

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

• создавать возможность надежного улавливания шлака, неметаллических и газовых включений;
• способствовать плавному поступлению сплава в полость формы без разбрызгивания и размывания поверхностей формы и стержней;
• создавать тепловые условия, благоприятствующие направленному затвердеванию отливки и снижению развивающихся в ней литейных напряжений.

Учитывая вышеприведенные  требования, а также применяемый  сплав – сталь 35Л выбираем литниковую систему III класса, замкнутую в питателях. Литниковая система III класса состоит из литниковой воронки, стояка, шлакоуловителя и питателей.

Так как, масса отливки  невелика, то заливку формы будем  производить из поворотного ковша. Преимуществом поворотных ковшей является возможность плавного изменения расхода сплава в процесс заливки формы за счет регулирования угла наклона ковша.

6.2. Расчет оптимальной продолжительности заливки и площадей сечений литниковых каналов

Для определения оптимальной  продолжительности заливки формы рассчитаем массу жидкого металла, заливаемого в форму:

где – масса жидкого металла, приходящегося на отливку, кг;

     – масса жидкого металла, приходящегося на прибыли, кг;

      – масса жидкого металла, приходящегося на литниковую систему, кг.

Рассчитаем оптимальную  продолжительность отливки по формуле

Г. М. Дубицкого:

где – коэффициент продолжительности заливки (в соответствии с данными

Г. М. Дубицкого, для данной отливки примем );  

      – масса жидкого металла, заливаемого в форму, кг;

      – преобладающая толщина стенки отливки, мм (для нашей отливки ).

Находим значение оптимальной  продолжительности заливки:

После нахождения оптимальной  продолжительности заливки необходимо проверить среднюю скорость подъема уровня сплава в полости литейной формы.

где – высота отливки по положению при заливке с учетом прибылей, мм (в нашем случае );

Рассчитаем величину гидростатического напора в литниковой системе:

где – сумма высот верхней опоки и литниковой воронки, мм;

      – расстояние от места подвода металла до верхней части полости формы, мм.

030503.09.213 ПЗ

Лист

14

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Для нашей отливки: , , . Следовательно, величина гидростатического напора будет равна:

Площадь узкого места системы для расчета при заливке из поворотных ковшей будет равна:

где – плотность сплава (для стали );

      – коэффициент расхода литниковой системы (для данной отливки ).

С учетом приведенных  значений находим площадь узкого места системы:

Для стальных отливок узким местом литниковой системы является площадь сечения  питателя.

Примем следующее соотношение площадей элементов системы:

где – площадь питателей, обслуживаемых одной ветвью литникового хода, см²;

      – площадь шлакоуловителя, см²;

      – площадь сечения стояка внизу, см².

Так как у нас два  питателя, то площадь сечения питателей  равна:

Площадь сечения стояка будет равна:

Диаметр стояка внизу  определим по формуле:

Определим диаметр воронки:

Так как у нас два  шлакоуловитель, то площадь сечения шлакоуловителей будет равна:

По найденным значениям  площадей питателей и шлакоуловителя найдем их конкретные размеры. Примем для этих элементов трапециидальную форму сечения (высота равна нижнему основанию , верхнее основание ).

С учетом этого находим  для питателей:

030503.09.213 ПЗ

Лист

15

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

7. МОДЕЛЬНО-ЛИТЕЙНАЯ ОСНАСТКА

Для изготовления песчаных форм применяют различные модели, воспроизводящие геометрию отливки, а также модели прибылей, выпоров, литниковых систем и т.д. Формовка осуществляется в специальных литых или сварных рамках, называемых опоками. Стержни изготавливаются в стержневых ящиках. Все это вместе называют модельно-опочной оснасткой, т.е. средствами технологического оснащения, дополняющими литейное технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса получения отливок.

Таблица 2. Модельно-опочная  оснастка

8. ПОДГОТОВКА ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ К ЗАЛИВКЕ, СБОРКА И ЗАЛИВКА ФОРМЫ

Сборка  литейных форм является заключительной операцией, перед  заливкой их расплавом, поэтому особое значение имеет контроль всех элементов форм и материалов, используемых на сборочном участке. Контроль выполняют рабочие-сборщики по чертежу литой детали с нанесенной на нем технологией, а также по технологическим инструкциям. Некачественно изготовленные формы, стержни, элементы литниковых систем (литниковые, выпарные чаши и др.), сборке не подлежат.

Хранение собранной формы до заливки не должно превышать одного часа, так как форма заливается по сырому.

Плавка стали осуществляется в тигельной индукционной печи ИЛТ-2,5. Производительность печи – 1,8 т/ч, исходный материал для плавки – стальной лом, ферросплавы. Индукционная печь тигельного типа используется при производстве тонкостенных отливок ответственного назначения (преимущественно мелкие и средние).

Преимущества индукционной плавки:

достижение необходимого перегрева расплава (до 1600^оС), что позволяет обеспечить необходимый уровень температуры заливки (особенно для тонкостенных

030503.09.213 ПЗ

Лист

16

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

отливок);

• получение гомогенного по составу и температуре стали вследствие электромагнитного перемешивания расплава;
• минимальный угар элементов по сравнению с другими плавильными агрегатами;
• использование в шихте дешевых отходов производства (стружки, высечки и т.п.);
• существенное улучшение условий труда вследствие низкого уровня шума, вредных выбросов пыли и газа;
• сравнительно низкий удельный расход дешевых огнеупорных набивных материалов.

Заливка формы производится из поворотного ковша. Температура  расплава при выпуске из печи должна составлять 1550^оС, при заливке формы – должна быть не ниже 1520^оС.

После заполнения ковша с поверхности расплава тщательно снимают скребком шлак. При заливке формы должен обеспечиваться постоянный уровень металла в литниковой чаше. Выходящие из формы газы поджигают.

9. ВЫБИВКА,  ОБРУБКА И ОЧИСТКА ОТЛИВОК

После заливки формы  расплавом необходимо выдержать некоторое время для кристаллизации и охлаждения отливки.

Средняя скорость охлаждения отливок в формах колеблется от 2 до 150^оС/мин. Скорость охлаждения отливки выбирают с учетом толщины стенок отливки и прочностных свойств сплава. При большой разнице скоростей охлаждения отдельных частей отливки возникают больше термические напряжения, которые могут привести к короблению отливок или появлению в них трещин.

Масса отливки составляет 550 кг, толщина стенки отливки – до 70 мм. Исходя из этого, время охлаждения отливки в форме составляет 4 часа, температура выбивки отливки из формы – 600-700^оС.

После охлаждения отливки  производят ее выбивку из формы.

Очистка отливок проводят в очистном барабане 43220 (дробеметный барабан периодического действия предназначен для очистки отливок массой до 800 кг; объем загрузки 10 м³; максимальный размер отливки 3 м).

Элементы литниковой системы, прибыли отделяют от отливок  резкой ленточными или дисковыми  пилами. Зачистку отливок проводят ручными шлифовальными машинками.

10. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ОТЛИВОК

Отливки в литом состоянии  имеют крупнозернистую структуру, высокую твердость, низкие прочностные и пластические свойства. В них сохраняются значительные внутренние напряжения. Структура и свойства отливок могут быть значительно улучшены посредством термической обработки.

Для данной отливки будем  применять термическую обработку  в два этапа [10]:

1. Нормализация – для уменьшения зерна, за счет чего повысится пластичность и вязкость. Нормализация отливки приведет также к увеличению прочности за счет увеличения дисперсности ферритно-цементитной структуры.

030503.09.213 ПЗ

Лист

17

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Температура нагрева  А₃+(30-50^оС), то есть 860-880^оС. Охлаждение отливки проводится на воздухе;

2. Высокий отпуск – проводится для снятия внутренних напряжений в отливке, создает наилучшее сочетание твердости, прочности и пластичности. Температура нагрева – 600-630^оС.

11. КОНТРОЛЬ  КАЧЕСТВА ОТЛИВОК

Контроль за качеством  выпускаемых отливок осуществляет отдел технического контроля (ОТК). Основанием для контроля качества готовых отливок служат ГОСТы, действующие технические условия, чертежи на отливку со специальными конструктивными и технологическими требованиями к ней.

Для отливки проводятся следующие виды контроля:

2. Контроль размерной точности – отливки проверяют на соответствие их чертежу. Контроль выполняют на плите линейкой, штангенциркулем, рейсмусом, шаблонами и другим инструментом;
3. Контроль внешнего вида, качества поверхности отливок; выявление дефектов – контроль выполняют визуально на соответствие отливок техническим условиям (возможно использование отливки-эталона). Шероховатость поверхности определяют по специальным образцам. Дефекты отливок выявляют выборочной механической обработкой, магнитной дефектоскопией, рентгеновским способом контроля и др.;
4. Контроль механических свойств – прочность отливок определяют по специальным отлитым образцам, приливам отливок и вырезанным из отливок образцам. Твердость определяют на отливке, в некоторых случаях – на образцах, вырезанных из отливки;
5. Контроль микроструктуры – проверяют по специальным образцам-приливам и по вырезанным из отливок образцам. Из образцов изготавливают шлифы;
6. Контроль химического состава – отлитые образцы или стружку отливки проверяют в лаборатории методом химического или спектрального анализа;

Контроль массы –  отливки взвешивают после проверки их на геометрическую точность.

12. ВОЗМОЖНЫЕ ДЕФЕКТЫ ОТЛИВОК И МЕРЫ ПО ИХ УСТРАНЕНИЮ

Сложный многофакторный характер литейного производства предопределяет возникновение в отливках различных дефектов. Дефекты, которые возможны для отливки приведены ниже.

1. Дефекты несоответствия  по геометрии:

Недолив – дефект в  виде неполного образования отливки  вследствие  не заполнения полости  литейной формы металлом при заливке из-за недостаточного количества жидкого металла, низкой температуры заливки, недостаточной скорости заливки;

Стержневой перекос  – дефект в виде смещения отверстия, полости или части отливки, выполняемых с помощью стержня, вследствие его перекоса или неправильной установки;

Коробление – дефект в виде искажения конфигурации отливки под влиянием напряжений, возникающий при охлаждении, а также неправильно изготовленной модели.

2. Дефекты поверхности:

030503.09.213 ПЗ

Лист

18

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

Пригар – дефект в  виде трудно отделяемого специфического слоя на поверхности отливки, образовавшегося  вследствие физического и химического взаимодействия формовочного материала с металлом или его оксидами;

Засор – дефект в виде кусочка формовочного материала, захваченного потоком жидкого металла и внедрившегося в поверхностные слои отливки.

3. Несплошности в теле отливки:

Горячая трещина –  дефект в виде разрыва или надрыва  тела отливки усадочного происхождения, возникающая в интервале температур затвердевания. Поверхность трещины окисленная и неровная;

Холодная трещина –  дефект в виде разрыва тела затвердевшей отливки вследствие внутренних напряжений или механического воздействия. В вершине трещины сконцентрированы напряжения, поэтому при ударе трещина может распространиться в глубь тела отливки. Перед проведением вырубки под заварку необходимо перед вершиной трещины засверлить отверстие. В отличие от горячей трещины поверхность холодной трещины светлая и сравнительно гладкая;

Усадочная раковина – дефект в виде открытой или закрытой полости грубой шероховатости, иногда с окисленной поверхностью, образовавшейся вследствие усадки затвердевающего металла;

Усадочная пористость –  дефект в виде мелких пор, образовавшихся вследствие усадки металла во время его затвердевания при недостаточном питании отливки;

Залитый шлак – дефект в виде частичного заполнения литейной формы шлаком;

Газовая пористость –  дефект в виде мелких пор, образовавшихся в отливке в результате выделения газов из металла при его затвердевании.

Меры предупреждения образования дефектов:

• контроль температуры заливки стали (температура заливки должна быть не меньше 1420^оС) – предупреждает образования недолива, спая;
• контроль чистоты и целостности формы, прочности уплотненной смеси формы (предупреждение ужимин, наростов, засоров, просечек и т. д.);
• контроль правильности установки стержней – для избежания стержневого перекоса;
• контроль крепления формы – для предупреждения заливов.

Способы исправления  дефектов

1. Дуговая сварка – исправляют сквозные дефекты стенок отливки, дефекты обрабатываемых поверхностей, работающих на трение и износ, после механической обработки – исправляют дефекты любых поверхностей. При дуговой сварке объем раковины заполняют наплавленным металлом (должен быть близким по химическому составу к материалу отливки). Наплавляемый металл поддерживают некоторое время в жидком состоянии, чтобы выровнять химический состав и удалить неметаллические включения. Наплавка металла – однослойная или многослойная валиками, по необходимости с подчеканкой.
2. Газопламенная наплавка – применяют для исправления тех же дефектов, что и в предыдущем способе. В качестве горючего газа используют ацетилен, природный газ, пропан-бутан.
3. Сварка-пайка – выполняют с предварительным местным нагревом поверхности отливки до 300-400^оС или без нагрева. Дефектное место отливки тщательно разделывают до пологого удаления пораженного слоя металл. Заварное

030503.09.213 ПЗ

Лист

19

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

место засыпают сухой  землей или накрывают асбестом, чтобы снизить скорость охлаждения. Данным способом исправляют отдельно расположенные раковины небольших  размеров на обрабатываемых поверхностях отливки, а также раковины средних размеров отливок несложной конфигурации.

4. Заделка раковин пробками – раковину рассверливают до минимально допустимого размера, нарезают в отверстие резьбу и ввертывают металлическую вставку, которую заваривают или чеканят. Затем обрабатывают вставку заподлицо с телом отливки. Таким способом исправляют отдельно расположенные раковины мелких размеров.

030503.09.213 ПЗ

Лист

20

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в проделанной  нами курсовой работе были решены следующие основные вопросы:

• выбор и обоснование материала, способа производства отливки – отливка из стали 35Л производится литьем в песчано-глинистые формы;
• выбор формовочных и стержневых смесей, соответствующих выбранному способу производства отливки;
• выбор способа изготовления литейной формы и стержней - форма изготавливается при помощи машинной формовкой (марка машины – 22425), стержни выполняются вручную;
• обеспечение питания отливки и ее направленного затвердевания;
• конструирование литниковой системы – рассчитаны оптимальное время заливки формы, а также геометрические характеристики элементов литниковой системы;
• выбор модельно-литейной оснастки – опок, подмодельных плит, моделей, стержневых ящиков и т. д.;
• применяемый способ сборки и заливки формы – крепление формы осуществляется скобами, заливка проводится из поворотного ковша;
• способы выбивки, обрубки и очистки отливок;
• режим термической обработки отливок – включает нормализацию, проводимую при 600-630^оС, и высокий отпуск при 860-880^оС;
• способы контроля параметров, по которым проводится сдача готовых отливок (контроль размерной точности, внешнего вида, механических свойств и др.);
• возможные дефекты отливок и меры по их устранению.

В графической части  курсовой работы были выполнены три  чертежа формата А1: чертеж детали с нанесенными элементами литейной технологии, чертеж опоки в сборе при заливке и чертеж расположения модели и литниковой системы на подмодельной плите.

030503.09.213 ПЗ

Лист

21

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Технология литейного производства: Учеб. / Б. С Чуркин, Э. Б. Гофман и др.; Под ред. Б. С. Чуркина. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф.-пед. ун-та, 2000. – 662 с.

2. Литейное производство: Учебник для металлургических специальностей вузов; Под ред. А. М. Михайлова. – М.: Машиностроение, 1987. – 256 с.

3. Гофман Э. Б., Панчук А. Г. Курсовое проектирование по дисциплинам «Технология литейного производства» и «Металлургическая теплотехника и печи». – Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2002. – 104 с.

4. ГОСТ 977-88 Отливки стальные. Общие технические условия. Издательство стандартов, 1988. – 56 с. Введен в действие: 22.12.1988.

5. ГОСТ 7020-75 Машины литейные  формовочные встряхивающие. Типы, основные параметры. Издательство  стандартов, 1975. – 4 с. Введен в действие: 01.01.1977.

6. ГОСТ 14991-69 Опоки литейные цельнолитые стальные прямоугольные с размерами в свету: длиной 2000; 2200 мм, шириной от 1200 до 1800 мм, высотой от 300 до 400 мм. Конструкция и размеры. Издательство стандартов, 1969. – 7 с. Введен в действие: 01.01.1971.

7. ГОСТ 14992-69 Опоки литейные цельнолитые стальные прямоугольные с размерами в свету: длиной 2000; 2200 мм, шириной от 1200 до 1800 мм, высотой 500; 600 мм. Конструкция и размеры. Издательство стандартов, 1969. – 5 с. Введен в действие: 01.01.1971.

8. ГОСТ 20383-74 Плиты подопочные чугунные для опок размерами в свету: длиной от 1600 до 2200 мм, шириной от 1200 до 1800 мм. Конструкция и размеры. Издательство стандартов, 1974. – 5 с. Введен в действие: 01.07.1976.

9. ГОСТ 23409-78 Пески формовочные, смеси  формовочные и стержневые. Издательство стандартов, 1978. – 5 с. Введен в действие: 01.01.1980.

10. ГОСТ 26645-85 Отливки из металлов и  сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку. Издательство стандартов, 1985. – 34 с. Введен в действие: 01.07.1987.

030503.09.213 ПЗ

Лист

22

Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

Дата