Виготовлення заготівки за допомогою лиття та штампування

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНТИТУТ»

РОЗРАХУНКОВА РОБОТА

 

з дисципліни

«Системи технологій»

 

на тему:

«Виготовлення заготівки за допомогою лиття та штампування»

Варіант 7

Студентка ІІ курсу групи УВ-21

 

Кольцова Є.М.

 

Перевірила  Калапа Т.В.

Київ – 2013

 

Зміст

 

Вступ

 

У будь-якому виробництві одним з головних завдань є визначення технологічного процесу. Правильно обраний технологічний процес дозволить значно скоротити матеріальні витрати, зменшити людські ресурси та зробити можливим швидкий процес самого виробництва товару.

У цій розрахонковій роботі потрібно визначити, який з технологічних процесів виробництва є доцільнішим: лиття чи штампування

Лиття з металу – один з основних способів виробництва заготовок (в машинобудуванні), тому що дозволяє одержати виливок практично будь-якої форми і маси з необхідними фізико-механічними властивостями. Лиття часто не тільки простіший, але й економічніший за інші спосіб виробництва (на долю литих деталей в средньому приходиться 50-70% маси (в верстатобудуванні до 90%) і 20% вартості машин, тільки методами лиття можливо отримати складні за конфігурацією і геометрією заготівки із чорних та кольорових сплавів з високим (75-98%) коефіцієнтом використання металу).

Головною ознакою технологічного процесу лиття є метал виливків, залежно від якого відрізняють чавуно-, стале-, мідноливарне виробництво та ін.

Штампування — процес обробки матеріалів тиском — пластичне деформування заготовки в штампах з витіканням металу, обмеженого розмірами штампувального простору. Під час штампування відбувається формоутворення без зняття стружки, забезпечується висока точність виробів при високій продуктивності праці. 
Розділ 1. Розрахункова частина

 

Завдання. Визначите: коефіцієнт використання матеріалу; потребу металу на програму у натуральному виразі та економічну доцільність одного із технологічних процесів виготовлення заготівки. Опишіть цей процес.

 

Задані умови.

№ з/п	Статті затрат	Виріб, од.
		кришка
1	План випуску	5800
2	Технологічний процес виготовлення заготівки	Лиття(Л)	Штамп. із виливка(Ш)
3	Норма використання матеріалу, кг	1,2	1,3
4	Чиста маса виробу, кг	0,9
5	Середня вартість 1 т заготівок, грн	40 100		40 800

 

Розв`язання.

1. Коефіцієнти використання матеріалу.

 

 
К – коефіцієнт використання матеріалу

Мч – чиста маса деталі, кг

Нм – норма використання матеріалу (маса заготовки), кг

 

А) Коефіцієнт використання матеріалу при дотриманні технології лиття

 

Кл= = 0,75

 

 

Б) Коефіцієнт використання при штампуванні із виливка

 

Кш= = 0,69

2. Потреби металу на програму у натуральному виразі

 

У=n*

У – потреба металу в кг

n - план випуску в одиницях

Нм – норма використання матеріалу (маса заготовки),в кг

       А) за технологією лиття 

Ул = 5800*1,2 = 6960(кг) = 6,960(т)

       Б) при штампуванні із виливка

Уш = 5800*1,3 = 7540(кг) =7,540(т)

3. Економічна доцільність одного із технологічних процесів виготовлення заготівки

Е = ( Ул×СВл ) – (Уш×СВш)

Е – економічна доцільність

У – потреба матеріалу на виготовлення заготовки у вартісному вираженні

СВл– середня вартість 1т заготовок при литті

СВш– середня вартість 1т заготовок при штампуванні

Витрати матеріалу у грошовому вираженні за технологією лиття:

Ул×СВл = 6,960 * 40100 = 279096(грн)

Витрати матеріалу у грошовому вираженні за технологією штампування:

Уш×СВш = 7,540 * 40800 = 307632(грн)

Економічна доцільність:

Е = 307632 – 279096 = 28536

 

Висновок: Виконавши дані розрахунки, можна зробити висновок, що доцільнішим технологічним процесом є саме лиття, оскільки, при литті матеріал використовується раціональніше, ніж при штампуванні. Потреби металу при литті є значно менші ніж при штампуванні, що дозволяє  зекономити значні матеріальні ресурси, як в натуральному, так і в грошовому вираженні. Для виконання запланованої програми випуску кришок грошові затрати при литті складають 279096грн., що на 28536грн. дешевше ніж при штампуванні. Отже, використання лиття, як технологічного процесу, є економічно доцільнішим.

 

Розділ 2. Технології ливарного виробництва

 

Ливарне виробництво

 

Ливарне виробництво — процес виготовлення фасонних відливків під час заповнення рідким металом заздалегідь заготовлених форм, в яких метал твердіє. Відливки можуть бути або повністю готовими деталями, або заготовками для остаточної обробки в механічних цехах. В останньому разі на відливках передбачається припуск для обробки.

Литі деталі широко застосовують при виготовленні верстатів, машин, механізмів. Вони можуть бути найрізноманітніших розмірів і досить складної форми. Нерідко вартість литих виробів набагато нижча, ніж виготовлених іншими способами.

Проте для лиття придатні лише сплави з високими «ливарними» властивостями.

Найбільшу кількість лиття — близько 70 % від маси всіх відливків—виробляють із сірого чавуну (включаючи модифікований і високоміцний), далі йде стальне лиття (близько 20 %), лиття зковкого чавуну (близько 8%), мідних, алюмінієвих, магнієвих і титанових сплавів.

Успіхи щодо поліпшення структури відливків, фермових матеріалів, прийомів і якості формування привели до істотного поліпшення фасонного лиття. Це дало можливість відливати дуже відповідальні деталі машин, наприклад колінчасті вали двигунів, раки гусениць та ін.

Є кілька способів заливання металу у форми:

1) вільне  заливання — метал заповнює  форму вільно під дією кавітаційних  сил;

2) заливання в обертову форму — метал заповнює форму під впливом відцентрової і гравітаційної сил;

3) заливання  тиском (поршневим або повітряним) із застосуванням ливарних машин;

4) зливання  вакуумним засмоктуванням.

Форми для заливання металу можуть бути разовими або багато разовими Разові форми придатні тільки для одного виливання.

Багаторазові металеві форми витримують сотні і тисячі зали). Багаторазові піщано-цементні, шамотні, графіт, керамічні форми витримують, як правило, кілька десятків заявок; їх застосовують для відливання станин верстатів, важко великих плит, виливниць і т.д.

 

Лиття за виплавлюваними моделями

 

Лиття в піщаній формі за виплавлюваними моделями застосовують звичайно для виготовлення дрібних деталей масою до 15 кг ; сталі та інших важкооброблюваних сплавів з температурою плавлення до 1600 °С. При цьому досягаються велика точність рог (11—13 квалітетів,) і висока чистота поверхні, чому відпадає потреба в механічній обробці. Для виготовлення деталей з розмірами за вищими еквалітетами потрібна лише поліровка.

Технологія лиття за виплавлюваними моделями така;

1.Виготовлення  металевої моделі-еталона виробу, що ввається;

2.Виготовлення  прес-форми з легкоплавкого сплаву  за моделю-еталоном;

3.Виготовлення  виплавлюваних моделей шляхом  заповнення форм легкоплавкою  рідкою або пастоподібною сумішшю (частіше суміш стеарину з парафіном);

4.Виготовлення  моделей ливникової системи з  тієї самої суміші (див. п. 3); складання  моделей і ливникової системи  та покриття їх вогнетривкою  сумішшю (порошкоподібний кварц  з добавкою)

5.На етилсилікату  або рідкого скла як зв'язуючого); ця облишвальна суміш при рожарюванні  форм (див. п. 7) утворює міцну оболонку  і забезпечує точність відливка;

6.Виготовлення  форми в опоці;

7.Виплавлення  моделі і прожарювання форми;

8.Возплавлення  металу;

9.Валивання  форм;

10.Вибивання  і очищення відливків.

Модель-еталон роблять з урахуванням усадки виплавлюваної моделі і металу, який заливається у форму. На рис. 1, зображний комплект моделей з ливниковою системою. Метал заливають у гарячі форми, іноді під тиском 0,2—0,5 Мпа відентровим способом(Рис.1,б). Високої точності лиття до застосуванням точних моделей і форм без роз'єму.

За виплавлюваними моделями відливають лопатки газових турбін різальний інструмент (фрези, свердла, дрібні деталі автомобілів, тракторів і т. п.

На заводах великосерійного та масового виробництва всі процеси механізовані і автоматизовані.

 

Рис.1

 

Лиття в оболонкові форми

 

Лиття в оболонкові форми застосовують в умовах масового і серійного  виробництва невеликих, переважно тонкостінних відливків На Рис. 2 показано схему виготовлення оболонкової форми. Поворотний бункер(Рис.2,а) і машини наповнюють формовою сумішшю з піску і термореактивної фенолформальдегідної смоли. Нагріту 150—200°С односторонню металеву плиту 2 з металевими моделями закріплюють над бункером (рис.2,б) і перевертають разом з ним (рис.2,в). Під дією нагрітої плити смола в шарі, що покриває плиту, плавиться і спікає пісок. При зворотному повертанні пристрою на формі залишається спечена кірка (оболонка) З (рис.2,г), а надлишок суміші залишається в бункері. Для завершення реакції утворення резиту оболонку разом з плитою вміщують на 30—40 сек у піч 4 (рис.2,д), нагріту до 250—300 °С. Затверділу оболонку знімають з плити штовхачем (рис.2,е) і спарюють з іншою оболонкою (півформою) затискачами або склеюють. Готову оболонкову форму заливають металом; після затвердіння відливки легко звільняються. В оболонкові форми заливають чавун, сталь, а також сплави кольорових металів.

Лиття в оболонкові форми має ряд переваг: формування можна легко автоматизувати, видаючи до 500 оболонок за годину; точність відливки в оболонкові форми становить 0,3—0,7 мм на 100 мм розміру при високій чистоті поверхні, тому відпадає або скорочується обробка на верстатах; витрата формових матеріалів зменшується у 8—10 раз і не потрібні опоки; усе це в десятки разів скорочує вантажопотік у ливарному цеху.

Рис.2

 

Ливарні сплави, плавлення їх і виготовлення відлитків

 

Ливарні сплави. Найважливішими ливарними властивостями є рідкотекучість, мала усадка, незначна ліквація.

Чисті метали мають невисокі ливарні властивості, тому для відливання їх практично не використовують. Із сплавів для лиття використовують ті, які мають добрі ливарні властивості, ці сплави називають ливарними.

Рідкотекучістю сплаву називають здатність-його заповнювати порожнину ливарної форми і точно відтворювати контури цієї форми.

Усадкою металів і сплавів називають властивість їх зменшуватися в лінійних розмірах та об'ємі при охолодженні від температури заливання до кімнатної. З усадкою пов'язана поява у відливках усадочних раковин, пористості, короблення, тріщин. Для фасонного лиття допустима лінійна усадка до 2,5 %, а наприклад, сплав АЛ2 має лінійну усадку 0,9 %.

Ліквацією називають неоднорідність хімічного складусплаву в різних частинах відливка, що виникає під час кристалізації. Розрізняють зональну, внутрішньо кристалічну (дендритну) ліквацію і ліквацію за питомою вагою.

Зональна ліквація у відливках виникає із-за різниці температур затвердіння окремих складових і різної щільності цих складових сплавіз. У чавуні і сталі ліквують сірка, фосфор, •вутлец-ь/^озА-іщуЮчись у верхній і центральній частиках відливка. У сплавах; що твердіють з дрібнозернистою структурою, зональна ліквація зменшується.

Внутрішньокристалічна ліквація утворюється при прискореному охолодженні відливків; її можна зменшити відпалюванням відливка. Ліквація за питомою вагою виникає в сплавах, що містять важкі метали (наприклад, у свинцевих бронзах); такій ліквації запобігають перемішуванням сплаву перед заливанням і прискореним охолодженням при кристалізації.

Чавунне лиття. Основну масу чавунного литва виготовляють з сірого і високоміцного чавуну. Крім того, відливки роблять з білого чавуну з наступним відпалюванням на ковкий чавун. Литво із сірого чавуну — основна продукція ливарних цехів. Це пояснюється насамперед його невисокою вартістю, добрими ливарними властивостями, відносно невисокою температурою плавлення (1100—1200°С), доброю рідкотекучістю, малою усадкою — близько 1 % однорідністю відливків.

Крихкість чавуну дещо обмежує застосування його. Проте багато деталей, машин і механізмів, які не зазнають великих ударний навантажень, відливають із сірого чавуну. Значного поліпшення властивостей чавунного литва досягають модифікуванням.

Відливки з білого чавуну відпалюють на ковкий чавун. Вміст вуглецю в цьому чавуні обмежується до 2,2—3,2 %, щобкількість вуглецю відпалу в масі готового виробу не була надто великою. Щоб запобігти утворенню вільного графіту в процесі лиття, вміст кремнію не повинен перевищувати 1,4 %. Підвищеної рідкотекучості чавуну досягають при наявності фосфору (для відливків деталей машин до 0,2 %). Марганець заважає розпаду карбідів заліза Ре3С при відпалюванні, тому вміст його не повинен перевищувати 0,6 % (а для чорносерцевинних феритних чавунів 0,5%). Усадка білих чавунів становить близько 2 %.