Реферат: Технология литейного производства

Министерство образования РоссийскойФедерации

Сибирский государственный индустриальный университет

Кафедра литейного производства

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по технологии литейного производства

Выполнил:ст. гр. МЛА-97

КарпинскийА.В.

Руководитель проекта: доцент, к.т.н.

Передернин Л.В.

Новокузнецк 2000

Задание на курсовой проектСодержание проекта

Задание на курсовой проект… 2

1.Содержание проекта… 3

1.1.  Обоснованиеспособа формовки… 4

1.2.  Обоснованиеположения детали в форме при заливке… 6

1.3.  Обоснованиевыбора поверхности разъема формы и модели… 7

1.4.  Обоснованиевеличины усадки и припусков на механическую обработку, уклонов, галтелей… 8

1.5.  Определениеконструкций и размеров знаков стержней. Проверка знаков на смятие        10

1.6.  Расчетлитниковой системы… 14

1.7.  Расчетразмеров прибылей и холодильников… 21

1.8.  Обоснованиеприменяемой оснастки… 25

1.9.  Расчетразмеров опок, массы груза… 27

1.10.   Выборформовочных и стержневых смесей… 30

1.11.   Режим сушкиформ и стержней… 34

Карта технологического процесса… 35

Список литературы… 37

2. Графическая часть

2.1.Чертеж детали с элементами литейной формы и отливки

2.2.Чертеж модельной плиты верха в сборе

2.3.Разрез формы и вид на нижнюю полуформу с установленными в

неестержнями

1.1. Обоснованиеспособа формовки

Формовка – это процесс изготовления разовыхлитейных форм. Это трудоемкий и ответственный этап всего технологического циклаизготовления отливок, который в значительной мере определяет их качество.Процесс формовки заключается в следующем:

-    уплотнение смеси, позволяющий получить точный отпечаток модели в форме ипридать ей необходимую прочность в сочетании с податливостью, газопроницаемостьюи другими свойствами;

-    устройство в форме вентиляционных каналов, облегчающих выход из полостиформы образующихся при заливке газов;

-    извлечение модели из формы;

-    отделку и сборку формы, включая установку стержней.

В зависимости от размеров, массы и толщиныстенки отливки, а также марки литейного сплава его заливают в сырые, сухие ихимические твердеющие формы. Литейные формы изготавливают вручную, наформовочных машинах, полуавтоматических и автоматических линиях.

Так как данная отливка имеет вес менее 500кг, то отливку будем заливать по-сырому [4,с.22]. Заливка по-сырому является болеетехнологичной, так как отпадает необходимость в сушке форм, что значительноускоряет технологический процесс.

В условиях серийного производства можноиспользовать как ручную, так как и машинную формовку. Для изготовления даннойотливки применим машинную формовку. Машинная формовка позволяет механизироватьдве основные операции формовки (уплотнение смеси, удаление модели из формы) и некоторыевспомогательные (устройство литниковых каналов, поворот опок и т.д.). Примеханизации процесса формовки улучшается качество уплотнения, возрастаетточность размеров отливки, резко повышается производительность труда,облегчается труд рабочего и улучшается санитарно-гигиенические условия в цех,уменьшатся брак.

В качестве формовочной машины примениммашину импульсного типа. В такой машине уплотнение смеси происходит за счетудара воздушной (газовой) волны. Сжатый воздух под давлением (6¸10)*106 Па с большойскоростью поступает в полость формы. Под действием удара воздушной волныформовочная смесь уплотняется в течение 0.02-0.05 с. Оставшейся воздух удаляетсячерез венты. Верхние слои формовочной смеси уплотняют подпрессовкой.

При использовании обычных песчано-глинистыхсмесей поверхностная твердость формы достигает 89-94 единиц. Максимальноеуплотнение смеси соответствует разъему полуформы. Улучшение технологическихпараметров литейной формы повышает геометрическую точность отливок, снижаетбрак, улучшает санитарно-гигиенические условия труда за счет полного устранениявибрации и шума.

1.2. Обоснованиеположения детали в форме при заливке

Основной задачей при выборе положенияотливки во время заливки, заключается в получении наиболее ответственных ееповерхностей без литейных дефектов. При выборе положения отливки в формеруководствуемся следующими рекомендациями:

-    учитываем принцип затвердевания отливки: отливку располагаем массивнымичастями вверх, и устанавливаем над ними прибыли;

-    основные обрабатываемые поверхности и наиболее ответственные частиотливки располагаем вертикально;

-    данное положение обеспечивает надежное удержание стержней в форме вовремя заливки, имеется возможность проверки толщины стенок отливки при сборкеформы;

-    тонкие стенки расположены снизу и вертикально по заливке, что благоприятнопри заливке стали, путь металла к тонким частям самый короткий.

1.3. Обоснованиевыбора поверхности разъема формы и модели

Поверхность соприкосновения верхней инижней полуформ называется поверхностью разъема формы. Она необходима дляизвлечения модели из уплотненной формовочной смеси и установки стержней вформу. Поверхность разъема может быть плоской и фасонной.

Выбор разъема формы определяет конструкциюи разъемы модели, необходимость применения стержней, величину формовочныхуклонов, размер опок и т.д. При неправильном выборе поверхности разъемавозможно искажение конфигурации отливки, неоправданное усложнение формовки,сборки.

Выбранная поверхность разъема формыудовлетворяет следующим требованиям:

-    поверхность разъема формы и модели плоская, что наиболее рационально сточки зрения изготовления модельного комплекта;

-    стержень располагается в нижней полуформе, при этом отпадает необходимостьв подвешивании стержня в верхней полуформе, облегчается контроль за их установкойв форму, уменьшается возможность повреждения околознаковых частей;

-    уменьшаются затраты на обрубку и зачистку отливки;

-    позволяет сократить расход формовочной смеси из-за уменьшения высоты формы,так как данная поверхность разъема обеспечивает малую высоту формы;

-    модель отливки не имеет отъемных частей.

1.4. Обоснованиевеличины усадки и припусков на механическую обработку, уклонов, галтелей

Усадкой называетсясвойство металлов и сплавов уменьшать свой объем при затвердевании иохлаждении. Вследствие этого модель должна быть несколько больших размеров, чембудущая отливка. Уменьшение линейных размеров отливки в условиях определенногопроизводства называют литейной усадкой. Ее величина для каждой конкретнойотливки зависит от марки сплава, от ее конфигурации и устройства формы.

Для средних отливок изуглеродистой стали (сталь 35Л) литейная усадка равна 1.6% [4, с.40, табл.5.1].

Припуски на механическуюобработку даются на всех обрабатываемых поверхностях отливки. Величина припусказависит от положения поверхности при отливке, способа формовки и чистотыобработки поверхности, а также от величины отливки и самой обрабатываемойповерхности.

При машинной формовке ввидубольшей точности литья припуски на обработку даются меньшие, чем при ручнойформовке. Наибольшие припуски предусматриваются для поверхностей, которые призаливке обращены вверх, так как они больше всего засоряются неметаллическимивключениями.

Определениеприпусков по ГОСТ 26645-85 [7].

номин. размер класс точности степень коробления отклонения коробления отклонения смещения допуск основной припуск дополнительный припуск общий припуск ряд припусков 19

/>

5 0.16 1.2 3.2 5.0 - 5.0 110

/>

5 0.16 1.2 5.0 5.0 - 5.0 Æ110

/>

5 0.6 1.2

/>

5.0 - 5.0 Æ150

/>

5 0.6 1.2

/>

5.0 - 5.0 Æ180

/>

5 0.6 1.2

/>

5.0 - 5.0 300

/>

5 0.16 1.2

/>

/>

-

/>

Формовочными называютуклоны, которые придаются рабочим поверхностям литейных моделей для обеспечениясвободного извлечения их из форм или освобождения стержневых ящиков от стержнейбез разрушения в том случае, если конструкция детали не предусматривает конструктивныеуклоны.

Величина уклона зависитот высоты стенки, материала модели и от способа формовки. Для машинной формовкиметаллические модели имеют уклон 0.5-1°. Принимаем 1° [6, с.222].

Галтелями называютсязакругления внутренних углов моделей для получения в отливке плавного переходаот одной поверхности к другой. Они улучшают качество отливки, способствуютравномерному ее охлаждению, уменьшают опасность появления горячих трещин вместах пересечения стенок и предотвращают осыпание формовочной смеси в углахформы при извлечении из нее модели. Благодаря правильно выполненным закруглениямнаружных и внутренних стенок удается избежать возникновения усадочных раковин.Применение галтелей повышает усталостную прочность отливок в условиях работыпри значительных знакопеременных нагрузках.

По требованию, указанномуна чертеже, величина галтелей 2¸3мм.

1.5. Определениеконструкций и размеров знаков стержней. Проверка знаков на смятие

Литейными стержняминазывают элементы литейной формы, изготавливаемые отдельно от полуформ поспециальной (как правило) оснастке и предназначенные для получения в отливкеотверстий и полостей, которые не могут быть получены от модели. Стержни, какправило, ставят в форму после сушки, чтобы увеличить их прочность и уменьшитьгазотворность.

Стержневые знаки служатдля обеспечения правильного и надежного фиксирования стержня в форме и удаленияиз него газов во время заливки.

При проектированиистержней необходимо:

-    определить границы стержней и их количество;

-    выбрать или рассчитать размеры знаковых частей и определить величину зазоровмежду знаками формы стержней;

-    обеспечить прочность за счет выбора соответствующего состава стержневойсмеси или установки каркасов;

-    выбрать способ изготовления, показать плоскость разъема стержневыхящиков и направление набивки;

-    разработать систему вентиляции.

При конструированиистержней руководствуемся следующими соображениями:

-    стержень располагается в нижней полуформе, так как на установку икрепление стержня в верхней опоке затрачивается в 5-6 раз больше времени, чем внижней;

-    избегаем односторонне посаженых стержней, для чего пользуемся приемом дублированиястержней; при этом исключается возможность их смещения под действиемсобственной массы или напора металла;

-    конструкция формы исключает фиксирование одних стержней в знаках других,так как при этом суммируются ошибки их установки.

При изготовлении отливкиданной детали используем один дублированныйстержень:

Основные размеры стержня: L = 235мм, a = 704мм, b = 184мм.

Длина горизонтальногознака из [8, с.3, табл.1] равна 80мм, что явно недостаточно дляустойчивости дублированного стержня. Руководствуясь пунктом 3.4 ГОСТ 3606-80увеличим длину знака до 240мм.

Формовочные уклоны назнаковой формообразующей поверхности:

a = 6°, b = 8°[8, с.9, табл.5].

Значения зазоров S1, S2 и S3 [8,с.12, табл.6]:

S1= 0.6мм, S2 = 0.6мм, S3 = 0.5* S1 = 0.9мм.

Радиус скругления (переходот основной к знаковой формообразующей поверхности): r= 5мм [8, с.16, табл.].

Для получения гнезд подподшипники рассчитаем выступы на дублированном стержне:

Для нижних по заливке:высота знака h = 35мм [8,с.8, табл.4],

Для верхних по заливке:высота знака h1 = 0.4*h= 0.4*35 = 14мм [8, с.9].

Формовочные уклоны назнаковой формообразующей поверхности:

a = 7°, b = 10°[8, с.9, табл.5].

Значения зазоров S1 и S2:

Для нижних знаков: S1 = 0.3мм, S2= 0.4мм [8, с.12, табл.6].

Для верхних: S1 = 0.2мм, S2= 0.4мм [8, с.12, табл.6]:

Радиус скругления: r = 2¸3мм [8, с.16, табл.].

При формовке по-сырому дляпредотвращения разрушения кромок формы при установке стержней ГОСТом 3606-80рекомендуется выполнять противообжимные пояски для горизонтальных стержней: a = 12мм, b = 2 мм.

Проверка знаков на смятие

Нижний знак.

Прочность смеси на сжатие:

/> ,                                (1)

где P – реакция на опоре, кг,

/>;                                                      (2)

где Sн.зн.– опорная поверхность нижнего знака, см2,

n – количество знаков в нижней полуформе, n= 5.

Масса стержня:

Gст = Vст * gст,                                                 (3)

где Vст– объем стержня, г/см3,

/>       (4)

/>

gст – плотность стержневой смеси, gст = 1.65г/см3.

Gст = 95637.166 * 1.65 = 157801.32г.

/>

Опорная поверхностьнижнего знака:

/>                                              (5)

/>

Тогда:

/> — условие выполнено.

Верхний знак.

/>,                                    (6)

где Sв.зн.– опорная поверхность верхнего знака, см2,

/>                                                      (7)

где Pст– подъемная сила, действующая на стержень, г,

m – количество знаков в верхней полуформе, m= 5.

Pст = V*ст* (gм — gст) –Vзн*gзн,                                   (8)

V*ст– объем стержня, на который действует подъемная сила,

Vзн — объем стержня, на который не действует подъемная сила, см3,

/>                  (9)

/>

/> (10)

/>

Pст = 52300.7*(7 –1.65) – 43336.466*1.65 = 208303.576г,

P1 = 208303.576/5 =41660.715г;

Опорная поверхностьверхнего знака:

/>                                              (11)

/>

Тогда:

/>-условие выполнено.

1.6. Расчетлитниковой системы

Назначение литниковой системы

Литниковая система (л.с.)должна обеспечить спокойную, равномерную и непрерывную подачу металла в заранееопределенные места отливки.

Конструкция л.с. должнасоздавать условия, препятствующие засасыванию воздуха потоком металла.

Л.с. должна задерживатьвсе неметаллические включения, попавшие в поток металла.

Одной из важнейшихфункций л.с. является заполнение формы с заданной скоростью: при очень большойскорости заливки происходит размыв стенок формы и каналов самой л.с., а прислишком медленной заливке – значительное охлаждение металла и образованиеспаев, неслитин, недоливов.

Л.с. должнаспособствовать выполнению принципа равномерного или направленного затвердеванияотливки. Она служит для частичного питания жидким металлом отливки в начальныймомент ее затвердевания.

Нормальная л.с. состоитиз следующих основных элементов: приемное устройство, стояк, зумпф, литниковыйход, питатели.

1.Приемныеустройства

Назначение их состоит втом, чтобы обеспечить попадание струи из ковша в каналы л.с. Также этиустройства гасят энергию струи металла из ковша и частично улавливают шлак,попавший в поток из ковша.

В качестве приемногоустройства применим литниковую воронку. Литниковые воронки применяются призаливке всех стальных отливок, независимо от их массы (из-за заливки изстопорных ковшей, а также для уменьшения поверхности контакта металла слитниковой системой). [10,с.5].

2.Стояк

Он представляет собойвертикальный канал л.с., по которому металл опускается от уровня чаши до тогоуровня, на котором он подводится к отливке.

Очень часто по условиямформовки (особенно при машинном изготовлении форм) требуется установкарасширяющихся книзу стояков. В таких стояках может происходить подсос воздуха,и требуется установка дросселей, но так как сечение питателей наименьшее (тоесть л.с. заполненная), то дроссели не нужны.

3.Зумпф

Очень ответственнымместом в л.с. является зумпф – это расширение и углубление под стояком. Еговсегда нужно делать при устройстве л.с. В нем образуется болотце металла,гасящего энергию струи из стояка и тем самым предотвращающего разбрызгиваниеметалла. Кроме того, выходя из зумпфа в литниковый ход, металл направлен снизувверх. При этом направление движения металла совпадает с направлениеместественного движения шлаковых частиц, попавших из ковша в металл, и онибыстрее выносятся к потолку литникового хода, то есть зумпф позволяет сделатькороче литниковый ход и уменьшить расход металла на л.с.

4.Литниковый ход

Он представляет собой горизонтальный канал,чаще всего трапециевидного сечения, устанавливаемый на плоскости разъема формы.Основным его назначением является распределение потока металла из стояка поотдельным питателям, обеспечивая его равномерный расход.

5.Питатели

Последний по ходу металлаэлемент л.с. – питатели. Их количество и расположение зависят от характеразаливаемых деталей. Сечение питателей должно быть таким, чтобы они легкоотламывались от отливки.

Когда металл подводитсянесколькими питателями к отливке, истечение его из разных питателей, удаленныхна различное расстояние от стояка, разное. Дальние питатели пропускают большееколичество металла, чем ближние. Это объясняется тем, что в крайних питателяхдинамический напор частично переходит в статический, поэтому скорость истеченияметалл из этих питателей выше.

Выбортипа литниковой системы

Решающими факторами, откоторых зависит выбор типа л.с., являются: конструкция отливки, принятая в цехетехнология и свойства сплава, из которого отливается заготовка.

Для изготовлениястальных отливок применяются л.с. максимальной простоты и минимальнойпротяженности, так как сталь при охлаждении резко теряет жидкотекучесть.

Выбранная л.с.относится к верхним л.с. с горизонтальным расположением питателей. В такой л.с.металл подводится в верхнюю часть отливки и к концу заполнения формы в отливкесоздается температурное поле, соответствующее принципу направленногозатвердевания (снизу холодный, а сверху горячий металл).

Выборместа подвода металла к отливке

При выборе местаподвода металла к отливке обязательно учитывается принцип затвердеванияотливки. Так как отливка по своей конструкции склонна к направленному затвердеванию,то металл лучше подводить в ее массивные части. Протекающим металлом форма вместах подвода разогревается, в тонкие части отливки металл подходит охлажденными скорость их затвердевания еще больше увеличивается. Массивные части,разогретые горячим металлом, затвердевают медленнее. Такое температурное поле способствуетобразованию в отливке (в ее массивном или тепловом узле) концентрированнойусадочной раковины, которую легко перевести в прибыль.

Металл подводим вдольстенки, в этом случае не происходит прямого удара струи металла в стенку формыи вероятность ее размыва уменьшается.

Для определения размеровсечения элементов л.с. нужно задаться соотношением их размеров. Для л.с.стальных отливок массой до 1т.:

SFn: SFл.х.: Fст = 1: 1.15: 1.3  [10, с.38].                          (12)

Самым узким местом являетсяпитатель, поэтому его расчет ведем по формуле Озанна:

/>   ,                             (13)

где SFn<sub/> - суммарная площадь сеченияпитателей, см2;

G – полная масса металла в формевместе с л.с. и прибылями, кг;

g — удельный вес жидкого металла, длястали g = 7г/см3 [10, с.39];

m — коэффициент расхода л.с.;

t — время заливки, с;

Hр – средний, расчетный напор, действующий в л.с. вовремя заливки, см;

g – ускорение силы тяжести, g = 981см/с2.

В случае заливки чугунаи стали формула (11) имеет вид:

/> ,                                    (14)

Так как данная отливкатребует установки прибылей, то металлоемкость отливок определяется по формуле:

/>,                                                    (15)

где Gотл – масса отливки, кг;

ТВГ –технологический выход годного, для данной отливки ТВГ = 0.65 [10, с.40];

Масса отливкиопределяется по формуле:

Gотл = 2*(Gдет + Gпр.м.о.)                                          (16)

где — Gдет– масса детали, Gдет = 42.5кг;

Gпр.м.о. – масса металла на припуски имеханическую обработку, кг;

Припуски на механическуюобработку составляют 7 –10% от массы детали, принимаем 9%.

Gпр.м.о.= 0.09*Gдет. = 0.09*42.5 = 3.83кг,                            (17)

Gотл = 2*(42.5 + 3.83) = 92.66кг

/>

Расчетный напоропределяется по формуле Дитерта:

/>                                           (18)

где H – начальный напор, или расстояние отместа подвода металла к

отливке до носка ковша,см;

P – расстояние от самой верхней точкиотливки до уровня подвода, см;

С – высота отливки поположению при заливке, см.

Чтобы определить Н, нужнознать высоту опок Нв.о. и Нн.о. Их размеры рассчитываютсяв пункте 1.9.

/>

Рис.1. Схема копределению расчетного напора:

1 – носковый ковш;

2 – приемное устройство(воронка);

3 – питатель;

4 – отливка;

5 – стержень.

По рис.1.:

Н = Нв.о.+ hв – b/2,                                               (19)

где Нв.о. –высота верхней опоки, Нв.о.= 15см;

hв – высота уровня металла в воронке, hв =6см (высота воронки Нв = 75 мм) [10, с.44];

b — высота стержня, b = 18.4 см.

Н = 15 + 6 – 18.4/2 = 11.8 см.

Р = hм.в. – b/2,                                                  (20)

где hм.в. – высота модели верха, hм.в. = 26.25 см.

Р = 26.25 – 9.2 = 17.05 см.

С = hм.в. + hм.н.                                                 (21)

где hм.н. – высота модели низа, hм.н. = 15.5 см.

С = 26.25 + 15.5 = 41.75 см.

Тогда рабочий напор равен:

/>

Коэффициент расхода л.с.:

/>,                                (22)

Для соотношения (10):

/>.

Время заливки определяется по формулеБеленького, Дубицкого, Соболева:

/>   ,                                       (23)

где S – коэффициент времени, для стальныхотливок S = 1.4¸1.6 [10, с.58], принимаем S =1.5;

d — толщина определяющей стенки, d = 15мм;

G – масса отливки вместе с л.с., кг.

/>.

Тогда SFп равна:

/>

Скорость заливки:

V = />,                                   (24)

Общая формула для определенияплощадей сечения остальных элементов л.с.:

Fi= Fп*ki*Pi,                                                (25)

где Fп – площадь одного питателя, см2;

ki – отношение площади i – ого элемента л.с. к суммарнойплощади питателей, обслуживаемых i-ымэлементом;

Pi – число питателей, обслуживаемых i – ым элементом, Pi = 4.

Для питателя:

/>.

Для литникового хода:

Fл.х. = 4.21*1.15*4 = 19.36см2.

Для стояка:

Fст = 4.21*1.3*4 = 21.89см2.

/>

Рис.2. Сечения элементовлитниковой системы

1.7. Расчетразмеров прибылей и холодильников

Усадочные раковиныобразуются в отливках вследствие уменьшения объема жидкого металла при охлаждениии, в особенности, при переходе его из жидкого состояния в твердое. Ониотносятся к числу основных пороков отливок, с которыми литейщикам приходитсяповседневно работать. Для борьбы с усадочными раковинами применяются литейныеприбыли, представляющие собой резервуары жидкого металла, из которых происходитпополнение объемной усадки отдельных частей отливки, расположенных вблизиприбыли.

От эффективности работыприбыли зависит качество отливки и процент выхода годного литья. Установкаприбылей способствует выполнению принципа направленной кристаллизации.

Прибыль должна:

-    обеспечитьнаправленное затвердевание отливки к прибыли; поэтому ее надо устанавливать натой части отливки, которая затвердевает последней;

-    иметь достаточноесечение, чтобы затвердеть позже отливки;

-    иметь достаточныйобъем, чтобы усадочная раковина не вышла за пределы прибыли;

-    иметьконструкцию, обеспечивающую минимальную поверхность.

Холодильники, какправило, применяются для регулирования скорости затвердевания различных частейотливки с целью достижения принципа равномерного или одновременногозатвердевания.

Применение верхней л.с.позволяет получить в отливке температурный градиент соответствующийнаправленному затвердеванию. Таким образом, на верхние по заливке массивныечасти (разогретые заливаемым металлом) устанавливаем прибыли. В нижние позаливке массивные части попадет холодный металл, поэтому эти части не требуют дополнительногоохлаждения, и, соответственно применения холодильников.

Расчетприбылей по методу проф. Андреева

Большинство способоврасчета прибылей основаны на «методе вписанных окружностей». Суть егозаключается в том, что на листе бумаги в натуральную величину вычерчиваетсятермический узел и в него вписывают окружность так, чтобы она касалась стенокотливки. Окружность диаметром d и есть размертермического узла (рис. 3).

/>

Рис. 3. Термический узел.

Прибыль№1

Диаметр круга,вписанного в узел [12, с.26], см:

/>,                                         (26)

где a– толщина боковой стенки, a = 1.5 см;

D – наружный диаметр узла, D = 23 см;

Do – внутренний диаметр узла, Do= 18 см.

/>

Диаметр кольцакомпенсирующего металла, см:

/>,                                    (27)

где Н – высотапитаемого узла, Н = 6.5 см.

/>

Диаметр прибыли, см:

Dп = do +d1,                                                   (28)

Dп = 1.0 +3.18 = 4.18см

Высота прибыли, см:

Нп = do + 0.85* Dп,                                             (29)

Нп = 1.0 + 0.85*4.18 = 4.55см

Длина прибыли: Lп1 = 32.18см.

Прибыль№2

Диаметр круга,вписанного в узел [12, с.26], см:

/>,

где a– толщина боковой стенки, a = 1.5 см;

D – наружный диаметр узла, D = 20 см;

Do – внутренний диаметр узла, Do= 15 см.

/>

Диаметр кольцакомпенсирующего металла, см:

/>,

где Н – высотапитаемого узла, Н = 6.5 см.

/>

Диаметр прибыли, см:

Dп = do +d1,

Dп = 1.0 + 3.18 = 4.18см

Высота прибыли, см:

Нп = do + 0.85* Dп,

Нп = 1.0 + 0.85*4.18 = 4.55см

Длина прибыли: Lп2 = 29.04см.

Объемприбылей

/>,                        (30)

/>                         (31)

/>

/>

Масса прибылей:

Gпр = (Vпр1+ Vпр2)*rж.ме.,                                      (32)

Gпр = 2*(551.59+ 497.77)*7 = 14691.04г.

Выход годного равен:

/>,                                       (33)

где Gл.с.– масса л.с., Gл.с. равен 10¸15% от Gотл,принимаем 12%.

Gл.с. = 0.12*92.66 = 11.12кг

Тогда:

/>

Так как ТВГ значительнобольше принятого, то скорректируем объем прибылей для получения принятого ТВГ.

Требуемая массаприбылей равна:

/>,                                    (34)

/>

Суммарный объем такихприбылей равен:

/>

Тогда скорректированныепараметры прибылей равны:

Dп= 4.5см;

Нп = 10.5см.

/>

/>

Масса этих прибылей:

Gпр = 2*(1450.45 + 1308.92)*7 =38631.18г.

Тогда конечный ТВГравен:

/> - что очень близко кпринятому.

1.8. Обоснованиеприменяемой оснастки

Основную массу фасонныхотливок из различных литейных сплавов изготовляют в разовых песчаных формах.Для получения таких форм используют специальную модельно–опочную оснастку,необходимую для получения частей формы, стержней и их сборки. Комплектмодельно–опочной оснастки включает: модели и модельные плиты для изготовленияпо ним частей формы, стержневые ящики для изготовления стержней, вентиляционныеплиты для образования вентиляционных каналов в стержнях, плоские и фигурные(драйеры) сушильные плиты для сушки стержней, опоки, приспособления для контроляформы в процессе сборки, а также холодильники, штыри для соединения опок идругой инструмент.

Моделями называютприспособления, предназначенные для получения в литейных формах полостей,конфигурация которых соответствует изготовляемым отливкам.

Для машинной формовкимодели монтируют на специальных плитах, которые называют модельными плитами.Для серийного производства данной отливки используем одностороннюю наборнуюплиту (модель, расположенную только на одной верхней стороне, крепят к плитеболтами по ГОСТ 20342-74).

В условиях серийногопроизводства отливок используются металлические модели и плиты. Они имеютследующие преимущества: долговечность, большую точность и более гладкую рабочуюповерхность. Их используют при машинной формовке, которая предъявляетопределенные требования к конструкции и качеству модельной оснастки. Материаломдля модели данной отливки, а также для плиты служит сталь марки Ст 15Л (высокаяпрочность и износостойкость).

Конструкция модельнойплиты (0280-1391/002 ГОСТ 20109-74) зависит главным образом от типа машины, накоторой будет изготовляться полуформа, конструкции отливки, получаемой поданному модельному комплекту. Модельная плита по периметру имеет вентиляционныеотверстия (венты), необходимые для удаления воздуха при импульсной формовке.Количество вент определяется соотношением />,диаметр венты 5¸6мм.

Для фиксирования опоки наплите они имеют 2 штыря: центрирующий (0290-2506 ГОСТ 20122-74), которыйпредохраняет опоку от смещений в горизонтальном направлении, и направляющий(0290-2556 ГОСТ 20123-74), предохраняющий опоку от смещений относительнопоперечной оси плиты.

Конструкция стержневогоящика зависит от формы и размеров стержня и способа его изготовления. Поконструкции стержневые ящики подразделяют на неразъемные (вытряхные) иразъемные.

Выбор направлениязаполнения ящика смесью зависит, прежде всего, от метода изготовления стержня,а также от установки каркасов и холодильников.

В серийном производствеприменяют металлические стержневые ящики. Их делают чаще разъемными сгоризонтальным и вертикальным разъемом.

Для изготовления стержнейданной отливки применяем пескодувный способ. Для пескодувных машин применяютразъемные стержневые ящики. При заполнении смесью они испытывают избыточноедавление воздуха, абразивное действие песчано-воздушной струи, а также усилиеподжима ящика к надувному соплу машины, поэтому они должны обладать повышеннойжесткостью, прочностью, быть герметичными по плоскости разъема и наддува.

Для производства даннойотливки в условиях серийного производства и импульсной формовки применим опокидля автоматических линий. Такие опоки имеют усиленные стенки без вентиляционныхотверстий. Особенностью опок для формовки на автоматических линиях является ихне взаимозаменяемость, т.е. опоки для низа и верха разные. Опока для низа неимеют втулок для скрепляющих штырей. Вместо втулок опока низа имеет коническоеотверстие, в котором закрепляется штырь.

Опока верха имеетцентрирующую (0290-1053 ГОСТ 15019-69) и направляющую (0290-1253 ГОСТ 15019-69)втулки.

Для сушки стержнейприменяем сушильные плиты с ровной опорной поверхностью. Основное требование кним максимальная жесткость конструкции при минимальной массе. Для выхода газаиз стержней в плитах предусмотрена система отверстий.

Для выполнения в стержневентиляционных каналов применяют вентиляционные плиты. Вентиляционные каналы встержне всегда должны быть расположены вполне определенно, особенно, если ониявляются частью общей вентиляционной системы.

Шаблоны предназначены дляконтроля размеров стержней и форм, предварительной сборки нескольких стержней водин общий узел, проверки установки стержней в форме и так далее.

1.9. Расчетразмеров опок, массы груза

/>

Рис.3. Расстояние между отливкой и отдельными элементамиформы

Длина опоки:

Lо = Lм + 2*c + dст ,                                            (35)

где Lм – длина модели, Lм = 836мм;

с – расстояние междумоделью и стенкой опоки, с = 50мм [10, с.44, табл.5.2];

dст – диаметр стояка, мм.

/>                                                (36)

/>

Lo = 836 + 2*50 + 53 = 989мм

По ГОСТ 2133-75 длинаопоки Lo = 1000мм [9, с.4-5, табл.3].

Ширина опоки:

Bo= Bм +2*c,                                                 (37)

где Bм – ширина модели, Bм = 752мм;

с – расстояние междумоделью и стенкой опоки, с = 50мм [10, с.44, табл.5.2];

Bo = 752 + 2*50 = 852мм.

По ГОСТ 2133-75 при длине опоки Lo = 1000мм Bo = 800мм [9, с.4-5, табл.3].

Высота нижней опоки:

Hн.о. = hм.н. + b,                                              (38)

где hм.н. – высота модели низа, hм.н.= 190мм;

b – расстояние между низом модели инизом формы, b = 70мм [10, с.44, табл.5.2].

Hн.о. = 190 + 70 = 260мм.

По ГОСТ 2133-75 высотанижней опоки Нн.о. = 250мм [9, с.6, табл.4].

Высота верхней опоки:

Hв.о. = hм.в. + a,                                             (39)

где hм.в. – высота модели верха, hм.в.= 262мм;

b – расстояние между верхом модели иверхом формы, b = 70мм [10, с.44, табл.5.2].

Hв.о. = 262 + 70 = 332мм.

По ГОСТ 2133-75 высота верхней опоки Hв.о. = 300мм [9, с.6, табл.4].

Подъемная сила,действующая на верхнюю полуформу:

Pф = (SFi*Hi)*gм + Pст.                                             (40)

где Рст –подъемная сила, действующая на стержень, Рст = 208303.576г.

Fi<sub/>– горизонтальная проекция поверхностиэлемента литейной формы, находящегося под давлением столба металла высотой Нi;

Нi – высота столба металла, измеряемаяот поверхности Fi, доуровня металла в литниковой воронке;

gм – удельный вес жидкого металла, для стали gм = 7г/см3.

SFi*Hi = {[252*3.14/4 + 162*3.14/4+ 20.5*33 – 11.52*3.14/2 – 102*3.14/2 – 7.52*3.14/2]*25.3+ [(7.52 – 6.52)*3.14]*20.3/2 + [3.14*2.25*32.18 +3.14*2.25*29.04]*9.8 + 22*.08*27 + [18.2*1.9 + 6.2*1.9]*20.3 + [5*5.5 + 5*5.5 +3*5.5]*20.3 +[11.5*5.5 + 10*5.5 + 2*3.14*1.52]*34.8}*2 = 46306.084.

Тогда подъемная сила,действующая на верхнюю полуформу равна:

Pф = 46306.084*7 + 208303.576= 532446.164 г.

Масса груза:

Pгр = Pф*K – Qв.п.ф.,                                           (41)

где K – коэффициент запаса, учитывающийявление гидравлического удара при контакте металла с потоком формы, K=1.3 – 1.5, принимаем K=1.4;

Qв.п.ф. – масса верхней полуформы, г,

Qв.п.ф. = Qв.п. + Qсм.в.о.,                                      (42)

Qв.п. – масса металла опоки, т.к. массаопоки мала по сравнению с

массой смеси в ней, то Qв.п. = 0;

Qсм.в.о. – масса смеси в верхней полуформе,г,

Qсм.в.о. = (L*B*Hв.о. – Vм.в.)*gсм,                                    (30)

где gсм – плотность формовочной смеси, gсм = 1.5 – 1.8г/см3,принимаем

gсм = 1.65 г/см3.

Vм.в. – объем модели верха, см3;

Vм.в. = {(252 + 162)*10.7*3.14/4+ 20.5*33*10.7 + 22*0.8*9 + (7.52 – 6.52)*6.5*3.14/2+ 1450.45 + 1308.92 + (18.2*1.9 + 6.2*1.9)*15.7 + (5*5.5 + 5*5.5 +3*5.5)*15.7+(11.5*5.5 + 10*5.5 – 2*3.14*1.52)*1.2 + 70.4*12}*2 = 41038.59 см3.

Qв.п.ф. = Qсм.в.о. = (100*80*30 – 41038.59)*1.65 = 328286.33г.

Тогда масса груза:

Pгр = 532446.164*1.4 – 328286.33 =417138.3г.

1.10. Выборформовочных и стержневых смесей

Формовочными материаламиназывают материалы, применяемые для изготовления литейных форм и стержней.

Формовочные материалы взависимости от условий их применения должны отвечать следующим требованиям:

-    обеспечивать необходимую прочность смеси в сыром и сухом состояниях;

-     предотвращать прилипаемость смеси к модельной оснастке;

-    придавать смеси текучесть, необходимую для воспроизведения контуровмодели и стержневого ящика;

-    обладать низкой газотворной способностью;

-    обеспечивать податливость формы или стержня при затвердевании иохлаждении отливки;

-    обладать достаточной огнеупорностью и низкой пригораемостью к отливке;

-    обеспечивать хорошую выбиваемость формы и стержня;

-    обладать низкой стоимостью, быть недефицитными и безвредными для окружающих;

-    иметь низкую гигроскопичность;

-    быть долговечными.

Формовочные пески являютсяосновными наполнителями формовочных и стержневых смесей. В качестве формовочныхв большинстве случаев применяют кварцевые пески, состоящие из зерен кремнезема(Si2O) определеннойвеличины и формы. Широкое применение этих песков объясняется тем, что они ввысокой степени соответствуют условиям работы литейной формы.

Формовочные глиныприменяют в качестве минерального связующего в формовочных и стержневых смесях.Формовочными глинами называют горные породы, состоящие из тонкодисперсныхчастиц водных алюмосиликатов, обладающих связующей способностью и термохимическойустойчивостью и способных обеспечить прочные, не пригорающие к поверхностиотливок формовочные смеси. При формовке по-сырому отдается предпочтениебентонитовым глинам.

При изготовлениистержневых смесей добавка формовочной глины не обеспечивает получениянадлежащей прочности стержней, поэтому в смеси вводят другие связующие добавки,обладающие более высоким значением удельной прочности. Такие добавки называютсясвязующими материалами или крепителями. Связующие материалы должны обладатьследующими требованиями:

-    при приготовлении формовочных и стержневых смесей равномерно распределятьсяпо поверхности зерен формовочного песка за определенное время;

-    обеспечивать пластичность смеси;

-    обеспечивать быстрое высыхание стержня и формы;

-    не обладать гигроскопичностью;

-    обладать малой газотворной способностью при сушке и заливке расплава вформу;

-    обеспечивать податливость формы и стержня;

-    не снижать огнеупорность формовочной и стержневой смеси;

-    легко разрушаться при выбивке формы;

-    быть безвредными для окружающих, дешевыми и недефицитными.

В качестве связующихматериалов используем крепители Б-2 и Б-3. Эти крепители рекомендуетсяприменять для стержневых смесей, из которых изготавливают стержни IV класса, к которым относятся стержни для данной отливки. Кэтому классу относят стержни несложной конфигурации, образующие внутренниеобрабатываемые полости в отливках или внутренние необрабатываемые поверхности,к которым не предъявляются высоких требований [2,с.67].

Крепители Б-2 (декстрин,пектиновый клей) и Б-3 (патока, сульфидно-спиртовая барда) обладают многимиобщими технологическими свойствами, что позволяет заменять эти материалы другдругом при незначительном изменении состава смеси.

Стержневые смеси и стержнина крепителях Б-2 и Б-3 отличаются следующими свойствами:

1.             После сушки стержни на крепителях Б-2 имеют достаточно высокую прочность.

2.             Прочность сухих и сырых стержней резко увеличивается при добавлении всостав смеси глины.

3.             Текучесть смесей умеренная.

4.             Температура сушки стержней 160°С- 180°С.

5.             Стержни обладают достаточной поверхностной прочностью.

6.             Газотворная способность смесей невелика.

7.             Стержни для снижения пригораемости подвергают окраске.

8.             Выбиваемость стержней удовлетворительная, если в смесях не содержитсяглины.

Классификацияформовочных смесей

Качество и стоимостьотливок в значительной степени зависят от правильного выбора состава итехнологических свойств формовочной смеси. При выборе состава смеси учитывают:

-    род заливаемого металла, сложность и назначение отливки;

-    наличие необходимых материалов;

-    серийность производства;

-    технологию изготовления и сборки форм;

-    планируемую себестоимость.

По виду заливаемогометалла смеси делятся на 3 группы: для стальных, чугунных и отливок из цветныхсплавов. Такое деление обусловлено, прежде всего, температурой заливки металлав форму. Для стали, эта температура составляет »1550°С [11,с.51].

Независимо от рода металлаформовочные смеси делятся:

-    по характеру использования – на единые, облицовочные и наполнительные;

-    по состоянию формы перед заливкой – на смеси для форм, заливаемых всыром состоянии (формовка по-сырому), и смеси для форм, заливаемых в сухомсостоянии (формовка по-сухому).

Если смесь заполняет весьобъем формы, то она называется единой. Такие смеси применяют при машиннойформовке в цехах серийного и массового производства. Поскольку эти смесинепосредственно воспринимают агрессивное воздействие металла, они должны иметьвысокие технологические свойства. Поэтому единые смеси готовят из наиболееогнеупорных и термохимически устойчивых формовочных материалов, которые обеспечиваютдолговечность смесей.

Применение единых смесейпозволяет сократить цикл приготовления формы и тем самым повыситьпроизводительность формовочных агрегатов.

Для единых смесей особенновысокие требования предъявляются по газопроницаемости – эти смеси применяютсяпри формовке по-сырому и поэтому обладают высокой газотворной способностью.Отсюда вытекает условие, чтобы требуемая прочность достигалась при минимальномсодержании глины, что дает возможность снизить влажность смеси. Поэтому дляединых смесей чаще используют бентонитовые глины, имеющие наибольшую связующуюспособность. В сочетании с добавками крепителей Б-2 и Б-3 бентониты позволяют получитьформовочные смеси с влажностью 1.8 – 2.5%. Иногда воду заменяют органическимирастворителями (например, этиленгликолем), при этом резко улучшается чистотаповерхности и снижается брак отливок.

Формовочныесмеси для стального литья

Формовочные смеси для стального литьяотличаются от смесей для чугунного литья большей огнеупорностью, так кактемпература заливки стали превышает 1500°С.Высокая температура заливки способствует увеличению химического и термическогопригара, поэтому трудности получения оливок с чистой поверхностьюувеличиваются.

Для приготовления формовочных смесейприменяют в основном обогащенные и кварцевые пески классов 1К и 2К ссодержанием кремнезема не менее 95%. Глинистые пески для изготовления формстального литья не применяют.

При изготовлении форм для отливки малоймассы предпочтительно применяют кварцевые пески зернистостью 016А 02А, чтообеспечивает низкую шероховатость поверхностей отливок.

Состав смеси [3,с.121]:

Песок 1К016А — 8%,

Оборотная смесь –90%,

Сульфитно-дрожжевая бражка – 1%,

Глина – 1%.

Влажность смеси: 3.5¸4.5%.

Стержневыесмеси для стального литья

Стержни в процессе заливки испытываютзначительно большие термические и механические воздействия по сравнению сформой, поскольку обычно они окружены расплавом. По этой причине к стержневымсмесям предъявляются более жесткие требования.

Прочность стержней в сухом состоянии иповерхностная твердость должны быть выше, чем у формы. Стержневые смеси должныиметь большую огнеупорность, податливость и небольшую гигроскопичность,особенно при формовке по-сырому, высокую газопроницаемость и малую газотворнуюспособность, хорошую выбиваемость.

Состав смеси [3, с.123, табл.3.26]:

Песок 1К016 – 97¸98%;

Глина – 2¸3%;

Крепитель Б-3 (сульфиднаябарда) – 4.3%;

Связующее СБ (или КО) –3.6%;

Влажность – 2.8¸3.4%.

1.11. Режимсушки форм и стержней

Формы и стержни сушат сцелью увеличения их газопроницаемости, прочности, уменьшения газотворнойспособности и, в конечном счете, повышения качества отливок. Режим сушкистержней и форм устанавливают для различных групп стержней и форм опытнымпутем.

Так как стальные отливкимассой до 500кг целесообразно заливать по-сырому, то сушку форм производить небудем.

Процесс сушки стержнейусловно можно разделить на 3 этапа. На первом этапе прогревается вся толщастержня. Так как теплопроводность влажной смеси значительно больше, чем сухой,то в этот период сушки необходимо по возможности стремиться удерживать влагу встержнях и не давать ей быстро испаряться.

На втором этапе сушкинеобходимо быстро повысить температуру до максимальной и выдерживать стержнипри этой температуре в течение некоторого времени.

На третьем этапе сушкистержни охлаждаются до температуры разгрузки. Стержни в этот период не толькоохлаждаются, но и досушиваются за счет аккумулированной в них теплоты.

Для хорошей сушки стержнейнеобходимы следующие условия:

-    постоянный подъем температуры в камере сушила, а затем поддержание равномерноймаксимально допустимой температуры в течение сушки;

-    колебания температуры в различных зонах рабочего объема сушила не должныпревышать при сушке 10 — 15°С;

-    обеспечение равномерного движения газов во всем объеме сушила соскоростью 1.8 – 2.2м/с.

Стержни на крепителях Б-2и Б-3 сушат при 160 — 180°С. Этикрепители твердеют в результате потери растворителя при испарении во времянагрева (тепловой сушки). Поэтому режим сушки стержней на этих крепителяхдолжен быть таким, чтобы они сохраняли небольшое количество влаги.

Продолжительность сушкистержней составляет 3.0 – 7.0ч [2,с.163, табл.26].

Карта технологического процессаСписок литературы

1.             Литейное производство: Учебник для металлургических специальностей вузов.– 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1987

2.             Титов Н.Д., Степанов Ю.А. Технология литейного производства: Учебник длямашиностроительных техникумов. – 2-е изд. перераб. – М.: Машиностроение, 1978

3.             Абрамов Г.Г., Панченко Б.С. Справочник молодого литейщика. – 3-е изд.,перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1991

4.             Климов В.Я. Проектирование технологических процессов изготовления отливок:Учебное пособие. – Новокузнецк: СМИ, 1987

5.             Климов В.Я. Курсовое проектирование по технологии литейной формы. –Новокузнецк: СМИ, 1979

6.             Аксенов П.Н. Литейное производство: Учебник для машиностроительныхтехникумов. – 3-е изд. – М.: Машиностроение, 1950

7.             ГОСТ 26645-85. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы иприпуски на механическую обработку. – М.: Государственный комитет СССР постандартам, 1986

8.             ГОСТ 3606-80. Комплекты модельные. Стержневые знаки. Основные размеры. –М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1980

9.             ГОСТ 2133-75. Опоки литейные. Типы и основные размеры. – Государственныйстандарт СССР

10.          Климов В.Я. Проектирование литниковых систем: Учебное пособие. – Новокузнецк:СМИ,1993

11.          Климов В.Я., Князев С.В., Куценко А.И. Формовочные материалы и смеси:Учебное пособие. – Новокузнецк: СМИ, 1992

12.          Климов В.Я., Антонов В.П., Кувыкин Ю.Ф. Проектирование прибылей: Учебноепособие. – Новокузнецк: СибГГМА, 1995

13.          Василевский П.Ф. Технология стального литья. М.: Машиностроение, 1974

14.          Василевский П.Ф. Литниковые системы стальных отливок. МАШГИЗ, 1956