Формовка956706214Формовка

Лабораторная работа № 1
Определение основных свойств формовочных смесей

1. Цель работы

Изучить основные формовочные материалы и их влияние на свойства формовочных и стержневых смесей.
Ознакомиться с приборами для испытания физико-механических свойств формовочных смесей и приобрести практические навыки производства испытаний формовочных смесей.

2. Приборы, материалы

Лабораторные смешивающие бегуны.
Лабораторный копер.
Прибор для определения газопроницаемости смесей.
Прибор для испытания смесей на прочность во влажном состоянии.
Прибор для ускоренного определения влажности смеси.
Технические весы и разновесы.
Формовочные материалы: кварцевый песок и глина.

3. Составы и свойства формовочных смесей

Формовочные материалы
Формовочными называют материалы, применяемые для изготовления литейных форм, стержней, формовочных красок и припылов.
Формовочные материалы подразделяют на основные (пески и глины) и вспомогательные. К вспомогательным относят связующие материалы (крепители), противопригарные, высокоогнеупорные и специальные.
Песок и глина – главные составные части большинства формовочных и стержневых смесей. Они являются осадочными горными породами и в природных условиях встречаются не в чистом виде, а в сочетании друг с другом. Их различают между собой по содержанию так называемых глинистых составляющих. Условились зерна размером менее 0,022 мм независимо от их химического состава относить к глинистой, а размером более 0,022 мм – к зерновой составляющей песка. Пески, содержащие до 2 % глинистой составляющей, называются кварцевыми, содержащие свыше 2, но не более 50 %, называются глинистыми, более 50 % – глинами. Чаще всего в качестве основного формовочного материала применяют кварцевые пески.
Важной характеристикой являются размер и форма зерен песка, который оказывает большое влияние на прочность, газопроницаемость, огнеупорность и долговечность смеси.
Глины – основной связующий материал в формовочных смесях. Назначение связующих материалов – обеспечение необходимой прочности смесей в сухом состоянии. Прочность песчано-глинистых смесей в значительной мере определяется происхождением глины, ее минералогическими и химическими свойствами, видом и количеством примесей, дисперсностью частиц.
Преимуществом глины является ее большая прочность в сыром состоянии, малая газотворная способность, низкая стоимость и доступность. К недостаткам следует отнести уменьшение газопроницаемости, текучести и податливости смесей, ухудшение выбиваемости литья и стержней, а также увеличение пригораемости смесей к отливке. Учитывая это, нужно стремиться вводить глину в смеси в возможно меньшем количестве.
В качестве связующих применяют также канифоли, декстрин (получают при обработке картофельного или маисового крахмала), сульфитно-спиртовая барда (отход сульфитного щелока, получаемого при обработке древесины слабой серной кислотой), цемент, жидкое стекло, крепитель 4ГУ (состоит из 25 % канифоли, 25 % масла и 50 % уайт-спирита – особо чистого керосина), крепитель ГТФ (генераторная тяжелая фракция сланцевой смолы).
Высокоогнеупорные материалы: шамот, хромистый железняк, магнезит, асбест.
Противопригарные материалы: каменноугольная пыль, мазут, древесно-угольная пыль, графит, маршалит (пылевидный кварц).

Классификация песчано-глинистых смесей
1. По применению при формовке смеси делят на облицовочные, наполнительные и единые.
Облицовочную смесь употребляют для покрытия рабочей поверхности формы, соприкасающейся с расплавленным металлом. К ней предъявляют наиболее высокие требования, поэтому в ее состав входит до 60 % свежих материалов.

Наполнительная смесь составляет основную часть литейной формы и насыпается поверх облицовочной смеси. Ее приготавливают переработкой выбитой из опок горелой смеси с последующим добавлением небольшого количества (510 %) боткойет основную часть литейной формы и насыпается поверх облицовочной смеси. металлом. приготовленнойсвежих материалов.
Единая смесь служит для набивки всего объема формы и применяется при машинной формовке в условиях массового производства. От наполнительной она отличается несколько большим содержанием исходных материалов (1020 %).
2. В зависимости от состояния форм перед заливкой в них металла смеси подразделяют для сырых форм (формовка по сырому), для сухих форм, для поверхностно-высушиваемых форм, для химически твердых форм.
Смеси для сырых форм в основном состоят из большого количества оборотной смеси (смеси, бывшей в употреблении) и глинистых песков или глины. Для получения литья с более чистой поверхностью в такие смеси вводят каменноугольную пыль или мазут.
Смеси для сухих форм отличаются повышенным содержанием глины и меньшим количеством оборотной смеси, а следовательно, более высокой прочностью и несколько меньшей газопроницаемостью и податливостью. Для повышения газопроницаемости и податливости в эти смеси вводят выгорающие добавки: древесные опилки, торф.
Смеси для поверхностно-высушиваемых и химически твердеющих форм, кроме кварцевого песка, формовочной глины и оборотной смеси, содержат быстротвердеющие крепители, жидкое стекло и др.
3. Смеси различают по роду заливаемого в форму сплава: для чугунного, стального, цветного литья.
Смеси для чугунного литья состоят из кварцевого песка, прочносвязывающих глин и отработанной смеси. Чистота поверхности отливки, повышение механической прочности и противопригарных свойств достигаются введением в единые и облицовочные смеси каменного угля, мазута и связующих.
Смеси для стального литья состоят из высококачественного кварцевого песка, огнеупорной глины и меньшего количества отработанной смеси. Это вызвано тем, что температура заливки стали выше, чем чугуна, следовательно, форма должна быть более огнеупорной. Для упрочнения формы вводят связующие: сульфитную барду, патоку, жидкое стекло. Для получения чистой поверхности вводят до 20 % пылевидного кварца.
Смеси для цветного литья состоят из глинистых песков, отработанной формовочной смеси и мазута. Огнеупорность этих смесей может быть ниже, чем смесей для чугунного и стального литья, так как температура этих сплавов значительно ниже.
4. По характеру использования: формовочные и стержневые смеси.
Смеси для стержней состоят из кварцевого песка (97100 %), небольшого количества глины или глинистых песков и связующих материалов (35 %), для крупных стержней простой формы в состав смеси вводят отработанную смесь (до 40 %) и древесные опилки (34 %).

Свойства формовочных и стержневых смесей
Для получения качественных форм и стержней формовочные и стержневые смеси должны иметь следующие свойства:
Прочность – способность смеси выдерживать внешние нагрузки без разрушения. С увеличением плотности, влажности и глиносодержания смеси, с уменьшением размера зерна песка прочность смеси увеличивается.
Пластичность – способность смеси деформироваться под действием внешних усилий без разрушения целостности и сохранять заданную форму после снятия нагрузки, что обеспечивает получение отпечатка модели или заполнение полости стержневого ящика. Она зависит от свойств составляющих смеси и применяемых связующих. Например, смесь с масляным связующим обладает высокой пластичностью, песчано-глинистые смеси имеют небольшую пластичность. Пластичность возрастает с увеличением глины и воды.
Сыпучесть – способность смеси равномерно распределяться при засыпке в опоку. Она влияет на зависание смеси в бункере, на качество и длительность перемешивания смеси в смесителях.
С сыпучестью связана комкуемость – способность смеси образовывать комки. Сыпучесть и комкуемость зависят от прочности связей песчинок в местах контакта. Сыпучесть уменьшается с увеличением количества глины и воды в смеси.
Поверхностная прочность – сопротивление поверхностного слоя формы или стержня истиранию и действию струи заливаемого металла. При недостаточной поверхностной прочности наблюдают осыпаемость, т. е. отделение формовочного материала, попадающего в отливку.
Поверхностная твердость – способность поверхности формы сопротивляться проникновению в нее более твердого тела. Поверхностные прочность и твердость возрастают при применении облицовочной смеси.
Огнеупорность – способность смеси сопротивляться размягчению и расплавлению под действием высокой температуры заливаемого металла. Это одно из главных требований. Чем больше примесей, пыли, кремнезема в песке, чем мельче зерна песка, тем ниже огнеупорность смеси.
Газопроницаемость – свойство смеси пропускать через себя газы вследствие своей пористости – зависит от количества глинистых составляющих и кварцевого песка. Чем больше песка и чем он крупнее, тем выше газопроницаемость. Понижают газопроницаемость наличие в смеси пыли угля, увеличение влажности и степени уплотнения.
Газотворность – способность смеси выделять газы при заливке металла. Выделяют газы органические материалы, входящие в состав смеси (связующие, опилки), влага испаряется и образует большое количество паров. Чем меньше газотворность смеси, тем лучше.
Податливость – способность смеси сжиматься под действием внешних сил. Это свойство необходимо учитывать в связи с тем, что в процессе затвердения и охлаждения размеры отливки уменьшаются вследствие усадки металла.
Податливость уменьшается с увеличением прочности смеси и повышается с увеличением пластичности.
Прилипаемость – способность смеси прилипать к стенкам модели и стержневого ящика – повышается с увеличением количества жидкости в смеси. Смеси должны обладать минимальной прилипаемостью.
Гигроскопичность – способность формовочной и стержневой смесей поглощать влагу из воздуха – зависит от свойства связующей добавки. Например, стержни, изготовленные из смесей на сульфитной барде, обладают большой гигроскопичностью. Поэтому собранные формы с такими стержнями нельзя выдерживать перед заливкой металла, в противном случае увеличивается брак по газовым раковинам. Следовательно, смеси должны быть негигроскопичны.
Долговечность – способность смеси сохранять свойства при повторных заливках. Чем долговечнее смесь, тем меньше добавляют в отработанную смесь свежих материалов. Долговечность увеличивается при снижении глиносодержания и при применении крупнозернистого песка.
Выбиваемость – способность смеси (стержневой) легко удаляться при выбивке ее из охлажденной отливки – увеличивается с уменьшением количества глины в смеси.
Противопригарность – способность смеси не сплавляться и не спекаться с расплавленным металлом. Чем больше глины содержится в формовочной смеси, тем больше пригар. Наличие в смеси известняка и большого количества пыли (свыше 1012 %) также увеличивает пригар. Увеличивается пригар с увеличением пористости и уменьшением пластичности набивки формы.
еси выдерживать внешние нагрузки без разрушения. ные и стержневые смеси должны иметь следующие свойства:
Приготовление смесей
Технологический процесс приготовления смесей складывается из следующих этапов: предварительной подготовки исходных материалов, подготовки оборотной смеси, восстановления отработанной смеси, приготовления смесей из предварительно подготовленных свежих и отработанных формовочных смесей, добавок и связующих.
Для получения смеси отмеривают необходимое количество исходных материалов согласно заданному рецепту, тщательно перемешивают отмеренные материалы в смешивающих бегунах, дают выдержаться приготовленной смеси (для набухания частичек глины и выравнивания влажности) и через некоторое время разрыхляют ее.
х смесей, добавок и связующих.ной смеси, приготовления
Контроль качества смесей
В литейных цехах контроль качества формовочных и стержневых смесей сводится к определению следующих физико-механических характеристик: влажности, газопроницаемости, предела прочности при сжатии во влажном и высушенном состояниях, предела прочности при растяжении.
В лабораторных условиях студенты проводят испытание формовочных смесей на влажность, газопроницаемость и прочность на сжатие во влажном состоянии.
Влажность формовочной смеси – содержание в ней свободной и гигроскопической влаги, выраженное в процентах к весу смеси.
В предварительно взвешенную металлическую чашечку помещают 10 г исследуемой смеси, чашечку ставят на поворотный столик прибора для ускоренного определения влажности смеси, затем столик накрывают колпаком, внутри которого имеется лампа, включают прибор. Сушка до постоянного веса продолжается 3 мин. Влажность смеси определяют по формуле
13 EMBED Equation.3 1415
где 13 EMBED Equation.3 1415 – вес смеси до сушки, г;
13 EMBED Equation.3 1415 – вес смеси после сушки, г.
Влажность оказывает большое влияние на свойства смесей, а следовательно, и на качество литейной формы. Недостаток влаги ведет к снижению прочности и к увеличению осыпаемости форм, а ее избыток – к снижению газопроницаемости и увеличению газотворности.
Для сырых форм влажность допускается 46 %.
Газопроницаемость. Так как газопроницаемость формовочных материалов зависит от степени их уплотнения, то измерение ее производят на стандартном образце, имеющем цилиндрическую форму, диаметром и высотой 50 мм. Для получения такого образца берут 170 г смеси, помещают в гильзу с отъемным дном и уплотняют тремя ударами на лабораторном копре 030.
Газопроницаемость определяют пропусканием через стандартный образец 2000 смі воздуха комнатной температуры на специальном приборе 042. Трехходовый воздушный кран прибора поставить в положение «открыто» и осторожно поднимать колокол из бака до тех пор, пока отметка Х, имеющаяся на колоколе, не совпадет с верхней кромкой бака, после этого кран прибора переключить на положение «закрыто». Гильзу с образцом вставить в чашку затвора и поворотом гайки плотно закрыть. Кран повернуть в положение «испытание». Под действием собственного веса колокол начинает опускаться и вытесняет воздух, находящийся под ним. Воздух поступает в гильзу и проходит сквозь уплотненный образец наружу. При совпадении отметки на колоколе с краем бака включить секундомер. При прохождении отметки 1000 зафиксировать по манометру давление воздуха под образцом, а при прохождении отметки 2000 остановить секундомер и записать время, в течение которого через образец прошло 2000 смі воздуха. Кран поставить в положение «открыто».
Величину газопроницаемости вычислить по формуле
13 EMBED Equation.3 1415,
где V – объем воздуха, прошедшего через образец, смі – 2000 смі;
h – высота образца, см – 50±0,8 мм;
F – площадь поперечного сечения образца, смІ – 19,6 смІ;
p – давление воздуха под образцом, см водяного столба;

· – время прохождения через образец 2000 смі воздуха, мин.
Заменяя величины V, h, F соответствующими значениями, получим
13 EMBED Equation.3 1415.
Газопроницаемость выражается безразмерным числом. Для сырых форм допустимая норма газопроницаемости 80120 ед.

Прочность при сжатии смеси во влажном состоянии
Предел прочности при сжатии определяют на стандартном цилиндрическом образце, прошедшем испытание на газопроницаемость, в специальном приборе. Этот образец удалить из гильзы, установить на столик прибора и прижать упором. При вращении рукоятки против часовой стрелки каретка прибора передвигается влево, усилие сжатия образца постепенно возрастает. При разрушении образца каретку останавливают. Указатель каретки на рычаге показывает величину прочности в кгс/смІ. Для сырых форм допустимая прочность на сжатие 0,31,0 кгс/смІ.

4. Порядок выполнения работы

Все студенты должны разбиться на 4 бригады. Каждая бригада готовит на бегунах свой состав смеси, испытывает ее на приборах, рассчитывает влажность и газопроницаемость. Результаты испытаний всех бригад заносятся в сводную таблицу. По этим данным студенты строят графики зависимости газопроницаемости и прочности смеси от содержания глины.
Приготовить следующие смеси:


смеси
Кварцевый
песок, г
Глина, г
Вода, мл
Содержание
глины, %

1
500
100
60
16

2
500
125
60
20

3
500
150
60
23

4
500
175
60
25


Сводная таблица свойств смеси
№ смеси
Влажность
Газопроницаемость
Прочность

1




2




3




4




5



























































































































































5. Содержание отчета

Номер смеси и ее состав.
Записать определение влажности, газопроницаемости и прочности данной смеси.
Сделать заключение о пригодности смеси для изготовления сырых и сухих форм.
Заполнить сводную таблицу свойств смеси.
Начертить графики зависимости газопроницаемости и прочности смесей от содержания глины.

6. Контрольные вопросы

Что называется глинистой составляющей?
Какие пески называются кварцевыми, глинистыми и глинами?
Перечислите связующие, высокоогнеупорные, противопригарные и специальные материалы.
Дайте определение облицовочной, наполнительной, единой и оборотной смесей.
Назовите составы смесей для сырых, сухих и поверхностно высушиваемых форм, смесей для чугунного, стального и цветного литья, смесей для стержней.
Перечислите свойства формовочных и стержневых смесей и дайте их определение.
Как влияют на перечисленные свойства песок, глина и вода?
Порядок приготовления смесей.
Как определяется влажность смеси?
Как определяется газопроницаемость смеси?
Как определяется прочность на сжатие смеси?


Лабораторная работа № 2
Технология изготовления литейной формы

1. Цель работы

Ознакомиться с модельной оснасткой и способами изготовления литейной формы по разъемной и неразъемной моделям.

2. Оборудование, инструмент и материалы

Подмодельные плиты (доски), опоки, модели, стержневые ящики, модели стояков, шлакоуловителей, питателей, литниковых чаш (воронок), формовочный инструмент, формовочная и стержневая смесь.

3. Технология и оснастка литейного производства

Литейным производством называется технологический процесс изготовления фасонных деталей или заготовок путем заливки расплавленного металла в форму. После затвердевания расплав принимает очертания формы и называется отливкой. Отливки могут быть деталями или заготовками, которые в дальнейшем подвергаются механической обработке.
Технология производства отливок слагается из следующих основных процессов:
а) изготовление моделей и стержневых ящиков;
б) приготовление формовочной и стержневой смеси;
в) изготовление форм и стержней;
г) сушка форм и стержней;
д) расплавление металла и заливка формы;
е) выбивка отливок из форм и стержней из отливок.
Изготовление формы – трудоемкая и сложная операция, от которой в значительной мере зависит качество отливок. В единичном и малосерийном производстве формы изготавливают вручную, а в серийном производстве – на машинах. Для каждой отливки изготавливается своя литейная форма. Различают следующие виды форм:
1) Разовые формы – служат для получения только одной отливки, после чего их разрушают. Для их изготовления используют песчано-глинистые смеси. Разовые формы могут быть сырыми, сухими, поверхностно высушиваемыми и химически твердеющими.
2) Полупостоянные формы – изготавливает из смеси с высоким содержанием глины и высокоогнеупорных материалов. Их применяют чаще всего при производстве крупных и тяжелых отливок простой конфигурации. При производстве отливок полость формы сохраняет свои очертания, получая лишь незначительное повреждение. Эти формы допускают многократную (до нескольких десятков раз) заливку металла с мелким ремонтом рабочей поверхности после получения каждой отливки.
3) Постоянные формы – изготавливают преимущественно из металла. Такие формы обеспечивают получение в одной форме несколько тысяч, а иногда десятков тысяч отливок. Металлические формы (кокили) применяют в серийном производстве, а также при специальных способах литья.

Модели
У литейной формы имеется рабочая часть – полость, в которой застывающий сплав приобретает очертания и размеры литой заготовки. Для получения в форме такой полости необходимо иметь модель. Конструкция модели должна обеспечить легкость выемки ее из формы, поверхность модели должна быть прочной, не изменяться в размерах, противостоять влиянию влаги формовочной смеси.
Модели окрашивают – для чугунных отливок в красный цвет, для стальных – в серый или синий, для цветных сплавов – в желтый. Стержневые знаки, те места, где в дальнейшем крепятся стержни, на модели окрашивают в черный цвет.
Модели изготавливают из дерева, цемента, гипса, пластмасс, полистирола, парафина, стеарина и металлических сплавов.
Модели бывают неразъемные (рис. 1А), разъемные (рис. 1Б) и с отъемными частями. Их размеры превышают размеры деталей на величину усадки, которая для стали, например, составляет 2 %, для серых чугунов 1 % и для цветных сплавов 1,2...1,5 %.
Неразъемные модели (рис. 1А) служат для производства несложных отливок, формовку которых можно осуществлять в одной из половин формы. Разъемные модели применяют при производстве отливок более сложной конфигурации, они состоят из двух и более частей. Соединение половин модели производят с помощью шипов (рис. 1Б).
Отверстия и внутренние полости образуются в литых заготовках с помощью стержней, которые вставляют в форму при ее сборке. Конфигурация стержня соответствует конфигурации отверстия, полости. Стержни изготавливают в стержневых ящиках из стержневой смеси, которая от формовочной смеси отличается повышенной прочностью, газопроницаемостью, противопригарностью. Для удержания стержня в нужном положении во время заливки формы металлом его вставляют в форму в специальные углубления, которые образуются выступами на модели, называемыми знаками (рис. 1Б).


шипы

Рис. 1.

Литниковая система
Литниковой системой называют каналы в форме, предназначенные для подачи в форму расплавленного металла. Литниковая система также не дает попадать неметаллическим включениям в тело отливка. Литниковая система (рис. 2) состоит из литниковой чаши 1, стояка 2, шлакоуловителя 3, питателей 4.
Литниковая чаша – сосуд, в который расплавленный металл поступает из разливочного ковша. Она служит для предотвращения разбрызгивания и смягчения удара струи металла.
Стояк – вертикальный канал в верхней полуформе, соединяющий литниковую чашу со шлакоуловителем.
Шлакоуловитель – горизонтальный, трапецевидного сечения канал, обычно выполняемый в верхней полуформе. Он служит для задержания шлака, неметаллических включений и облегчения заполнения формы металлом при наличии большого количества питателей.
Питатель – канал, служащий для непосредственного подвода металла к полости формы.


Рис. 2

Выбивка, обрубка и очистка отливок
После заливки и охлаждения металла в песчаной форме отливку удаляют (выбивают), причем форму разрушают, Чаще всего отливки выбивают на выбивных вибрационных решетках.
Стержни выбивают из отливок пневматически, вибрационными установками или струей воды. Отливка с песчаным стержнем зажимается в пневматических тисках машины. Затем включается вибратор, отчего имеющиеся в отливке стержни разрушаются и высыпаются. Струей воды высокого давления стержни выбивают из отливок сложного, среднего и крупного литья. Эту операцию выполняет в особых камерах, в которых отливки помещают на вращающемся столе. Воду подают тонкой струей из сопла диаметром 4...8 мм под давлением 25...220 атм.

Удаление литников и прибылей
Литники чугунных отливок отбивают ударом. Для удаления литников от отливок из вязких металлов применяют дисковые пилы, для остальных отливок и отливок из сплавов цветных металлов – ленточные пилы.
Очистка отливок. После выбивки отливок из формы на их поверхности остаются пригоревшая формовочная смесь и заусенцы, которые очищают в обрубном отделении цеха. Очистку отливок производят следующими способами: дробеструйной или дробеметной обрубкой; ударным действием гидравлической или пескогидравлической струи; электроконтактным способом, который основан на воздействиях теплового эффекта электрического тока на отливку; в ваннах с расплавленной или растворенной солью; в очистных барабанах; абразивным инструментом, на станках или непрерывной лентой.

Брак литья и его причины
Бракованной, непригодной к эксплуатации называют такую отливку, которая имеет хотя бы один недопустимый по техническим условиям дефект. Основные причины брака: несоблюдение технологии, ошибки при конструировании детали и ошибки при проектировании технологического процесса изготовления отливки.

Основные виды брака отливок
Коробление – изменение размеров и контуров под влиянием усадочных напряжений. Причинами этого вида брака могут быть нерациональность конструкции отливки (разностенность), что приводит к образованию внутренних напряжений; неправильный подвод металла, ухудшающий равномерность его остывания; неправильный состав или температура заливаемого металла, вызывающие чрезмерную усадку; неправильный режим охлаждения отливки и недостаточная податливость формы и стержней.
Газовые раковины – пустоты, расположенные на поверхности или внутри отливки. Форма раковины сферическая или округленная, поверхность гладкая, блестящая. Газовые раковины появляются в том случае, когда в металле велико количество газов вследствие плохого качества исходных материалов или неправильного режима плавки, пониженная газопроницаемость или повышенная влажность формовочных и стержневых смесей, низка температура заливаемого сплава, неправильна конструкция отливки.
Песчаные раковины – закрытые или открытые раковины, полностью или частично заполненные формовочным материалом. Причины такого брака: местное разрушение или засорение форм при сборке; недостаточная прочность формовочной и стержневой смесей или красок; применение неисправных моделей, что приводят к подрыву формы; неправильное крепление отъемных частей модели; слабая или неравномерная набивка формы и стержней; обвал формы при установке груза.
Усадочные раковины – открытые или закрытые пустоты в теле отливки, имеющие шероховатую поверхность с грубокристаллическим строением. Причина брака: неправильная конструкция отливки, не обеспечивающая равномерность ее охлаждения; недостаточное питание отливки жидким металлом в процессе затвердевания из-за неправильного расположения прибылей, выпаров и литников; чрезмерно высокая температура заливки.
Горячие и холодные трещины – разрывы сквозные и несквозные или надрывы в стенках отливки. Поверхность излома в горячих трещинах, поскольку они появляются ври высоких температурах, всегда окислена; в холодных трещинах поверхность излома совершенно чистая или покрыта легким налетом.
Трещины обнаруживаются простукиванием, гидропробкой или магнитной дефектоскопией. Причинами появления горячих и холодных трещин могут быть неправильная конструкция отливки с резким переходом от толстых к тонким сечениям; острые углы в отливках, сопротивление форм и стержней нормальной усадке металла из-за чрезмерной плотности набивки; неправильный химический состав, повышенное содержание элементов, увеличивающих усадку или уменьшающих предел прочности при высоких температурах; неправильный режим заварки и термообработки; заливка слишком горячим металлом и неправильный подвод металла, что ухудшает равномерное остывание отдельных частей отливки; удары при отбивке литников или при транспортировке отливок, имеющих большие внутренние напряжения.
Недолив и спаи. Недолив характеризуется тем, что при заливке конфигурация и размеры отливки остаются частично невыполненными из-за недостаточного заполнения формы металлом.
Спай – сквозные или поверхностные с закругленными краями потеки преждевременно застывшего металла. Причинами такого брака являются недостаточное количество металла в ковше, низкая температура сплава при заливке и недостаточная жидкотекучесть его; уход металла из формы; недостаточная вентиляция формы и стержня, вызывающая повышенное давление газов в форме.















































4. Порядок выполнения работы
Руководствоваться риc. З.
Установить половину модели без шипов и модель питателя на подмодельную плиту.
Установить нижнюю опоку строганой плоскостью вниз.
Заполнить опоку формовочной смесью.
Уплотнить смесь трамбовкой.
Снять линейкой лишнюю формовочную смесь.
Наколоть вентиляционные каналы.
Повернуть опоку на 180° и посыпать плоскость разъема формы сухим разделительным песком.
Установить верхнюю опоку на нижнюю и скрепить опоки центрирующими штырями.
Наложить вторую половину модели отливки, установить модель шлакоуловителя и модель стояка.
Наполнить верхнюю опоку формовочной смесью и повторить операции 3...6.
Вынуть модель стояка, сделать литниковую чашу.
Снять верхнюю опоку и перевернуть на 180°.
Смочить края модели кисточкой.
Извлечь модели отливки, питателя и шлакоуловителя.
Исправить полости формы гладилкой, если получились дефекты при выемке модели.
Припылить поверхность формы графитом.
Установить стержень.
Накрыть верхней опокой нижнюю и скрепить штырями.

5. Содержание отчета
Эскиз отливки.
Эскиз модели.
Эскиз собранной формы с указанием всех элементов.

6. Контрольные вопросы
Назначение модели, стержня, стержневых знаков.
Назначение и устройство литниковой системы.
Из каких материалов изготавливают разовые, полупостоянные и постоянные формы?
Способы выбивки отливок из форм и стержней из отливок.
Виды брака отливок и их причины.
Лабораторная работа № 3
Расчет литой заготовки

1. Цель работы

Усвоить материал по разработке простейшей технологии получения литой заготовки. Уметь определять размеры моделей и стержней, размеры литой заготовки по чертежу детали, выбрать оптимальный технологический процесс получения предложенной детали литьем.

2. Модели, их типы и назначение

Для выполнения работы следует изучить тему "Литейное производство" [1, 2].
Получение отливок осуществляется с помощью разовых, полупостоянных и постоянных форм. Несмотря на некоторое уменьшение удельного веса применения разовых песчаных форм, они еще широко распространены.
Для изготовления песчаной литейной формы необходимо иметь модельный комплект, состоящий из модели, стержневых ящиков, модели литниковой системы, прибылей, подмодельных плит. Модели служат для получения оттиска в литейной форме. Материалом для моделей и стержневых ящиков в индивидуальном и мелкосерийном производстве в большинстве случаев служат древесина, иногда гипс и цемент, а для массового производства – алюминиевые сплавы, пластмассы, чугуны.
В зависимости от сложности и конфигурации отливки модели могут быть цельными или разъемными. Неразъемными (цельными) называются такие модели, которые можно заформовать и целиком извлечь из формы, получив полный отпечаток наружного контура.
Разъемными называются такие модели, которые имеют по плоскости разъем. Разъем значительно облегчает процесс формовки в парных опоках.
Конструкция модели долина обеспечить легкость ее извлечения из форм. Поверхность модели должна быть гладкой, чистой, чтобы при формовке к ней не прилипал формовочный состав; прочной, не изменяться в размерах, противостоять влиянию влаги формовочной смеси, в которой модель находится в период формовки. Для этого модели лакируют и окрашивают в определенный цвет. Поверхности моделей, которые соответствуют поверхностям отливок, не подвергающимся механической обработке, окрашивают для чугунного литья в красный цвет, для стального – в синий, для цветного – в желтый. Разовые формы изготавливают при помощи деревянных или металлических моделей.
На рис. 1 показаны некоторые этапы изготовления изделия – типа короткой трубы литьем. Видно, что в зависимости от сложности геометрии изделия каждая форма может состоять из нескольких частей, причем число частей формы определяется не только конструкцией отливки, но и принятой технологией изготовления формы.























Рис. 1. Изготовление короткой чугунной трубы
I – труба; II – разъемная модель; III – стержневой ящик; IV – стержень;
V – собранная форма; 1, 2 – верхняя и нижняя опоки, 3 – стержень, 4 – чаша,
5 – стояк, 6 – ребра, 7 – вентиляционный канал, 8 – шлакоуловитель,
9 – питатель; VI – готовая отливка с литниковой системой
3. Указания и пояснения к выполнению работы

3.1. Выбор линии разъема модели и формы
По конструкторскому чертежу детали вначале следует определить плоскость разъема модели и формы и положение отливки в форме. Разъем модели должен совпадать с плоскостью разъема формы. На чертеже (рис. 2) красным карандашом проводится горизонтальная линия разъема формы, причем стрелками, перпендикулярными к этой линии, показывают положение отливки в форме.


Рис. 2. Обозначение плоскости разъема формы

У стрелки, показывающей верх при заливке, ставится буква В, низ отливки – буква Н. Следует учитывать, что к низу формы отливка получается наиболее чистой от неметаллических включений. Поэтому отливку желательно располагать в форме так, чтобы ее поверхности, подвергаемые механической обработке, на которых не допускаются литейные дефекты, были в нижней полуформе.

3.2. Определение припуска на механическую обработку
Припуски на механическую обработку назначаются в том случае, когда на конструкторском чертеже стоит знак обработки. Величина припуска зависит от габаритов детали, марки применяемого материала и способов изготовления.
Припуски на механическую обработку назначаются по ГОСТу табл. 1, 2, 3 в зависимости от наибольших габаритного и номинального размеров и от марки материала отливки. Под номинальными размерами понимают наибольшее расстояние между противоположными обрабатываемыми поверхностями или расстояние от базовой поверхности или оси до обрабатываемой поверхности.
Припуск, указанный в ГОСТе, дается на три стороны. Припуск на верхнюю часть отливки дается больше, чем на боковую и нижнюю, так как эта поверхность отливки заполняется в последнюю очередь и может быть загрязнена неметаллическими включениями и шлаком.
Граница припусков на механическую обработку обводится красным карандашом и штрихуется в плоскости разреза детали под углом 45°. Размеры отливки указываются в скобках рядом с размерами детали.

3.3. Определение количества стержней и их контура
Для получения в отливках отверстий и внутренних плоскостей в полученную форму помешают стержни. Для изготовления стержней применяется специальная стержневая смесь, которая формуется в стержневых ящиках (рис. 1).
Модели и стержни изготавливаются со стержневыми знаками. Стержневыми знаками называются выступающие на модели и стержне части, не образующие непосредственно конфигурации отливки. Стержневые знаки предназначаются для надежного крепления стержней в форме. На модели стержневые знаки окрашиваются в черный цвет. Размеры знаков и их уклоны определяются в зависимости от размеров стержня.

3.4. Определение формовочных уклонов
Для того, чтобы легче можно было извлекать модель из формы, вертикальные стенки модели делаются наклонными. Различают три типа формовочных уклонов (рис. 3): "плюс", "плюс-минус", "минус".


Тип I (+) Тип II (±) Тип III (-)

Рис. 3. Типы формовочных уклонов

Формовочные уклоны определяются по табл. 4. На необрабатываемые поверхности обычно задаются уклоны II и III типов, на обрабатываемые – I типа. Величина уклонов зависит от способов производства, материала модели.

3.5. Расчет галтелей
Галтели (рис. 4) необходимо вводить между стенками отливки – перпендикулярными или имеющими некоторый угол между собой.



Рис. 4. Сопряжение между стенками в отливке

Эта необходимость вызвана тем, что при охлаждении металла в форме возникают значительные внутренние напряжения в местах сопряжения, что может вызвать образование трещин, кроме того галтели предотвращают образование усадочных раковин. Радиус галтели R рассчитывается по формуле
13 EMBED Equation.3 1415,
где А и В – размеры толщины сопрягаемых поверхностей, относящиеся к отливке;
13 EMBED Equation.3 1415 – коэффициенты, учитывающие угол между поверхностями, острый угол предполагает больший коэффициент.
На чертеже детали (рис. 5) показаны все необходимые размеры и обозначения поверхности, требующей механической обработки.



Рис. 5. Эскиз детали
Нужно получить такую деталь литьем из цветного металла с помощью деревянной модели ручной формовкой. На рис. 6 показана модель и стержень для получения предложенной детали.
Для определений размеров модели необходимо сначала определить размеры литой заготовки без учета уклонов и галтелей. Размеры литой заготовки определяются с помощью таблиц, в которых заданы величины припусков на механическую обработку (табл. 1, 2, 3). К внешним размерам l и D величины припусков прибавляют, от внутренних размеров d величины припусков вычитают. Размеры модели определяются из размеров отливки с учетом усадки материала. Следует сказать, что усадку необходимо считать от размера формы, в которую заливается металл, т. е. от размера модели, так как размеры модели и определяют размеры формы. Ниже приведены размера отливки и модели заданной детали.

Размеры
I
D
d

Деталь
120
80
40

Отливка
126
86
34

Модель
127,27
86,87
34,34


Рис. 6. Эскиз модели и стержня

3.6. Расчет чернового веса отливки
Черновым весом называется вес отливки с припусками на механическую обработку, уклоном, галтелями. Для расчета чернового веса отливки сложной конфигурации отливка разбивается на элементарные объемы, вес каждого элементарного объема рассчитывается отдельно, а затем вес всех объемов суммируется.
Формулы для вычисления объемов тел приведены в приложении. Ниже приведены некоторые данные, которые необходимы для выполнения работы:

Материал

··10і плотность, кг/мі
Величина усадки, %

сталь
7,87,9
1,52

серый чугун
6,87,4
1

латунь, бронза
8,38,9
1,01,5

алюминиевые сплавы
2,52,7
1,01,5


3.7. Расчет размеров модели
При расчете размеров модели необходимо учесть усадку (свойство металлов и сплавов уменьшаться в объеме и в линейных размерах при затвердевании и охлаждении). Размеры модели должны быть увеличена на величину усадки.
Сталь имеет усадку 1,5...2,0 %.
Серый чугун – 1,0 %.
Цветные сплавы – 1,0...1,5 %.
Пример расчета. В отливке размер должен быть 150 мм. Материал отливки – серый чугун. На модели этот размер должен быть увеличен на 1,0 %, т. е. 13 EMBED Equation.3 1415 мм.
При выполнении моделей используется специальный метр, цена деления которого больше чем у обычного метра на величину усадки (имеются усадочные метры 1 %; 1,25 %; 1,3 %; 2,0 % и т. д.).

3.8. Пример расчета размеров модели
На чертеже модели указываются формовочные уклоны, радиусы галтелей, размеры стержня и его знаки (рис. 6, табл. 4, 5). Пример разработки литейной технологии приведен в приложении (рис. 1, 2).

4. Порядок выполнения работы

Получить конструкторский чертеж детали у преподавателя.
Определить линию разъема модели и формы и положение отливки в форме.
Определить количество стержней, их контуры, размеры знаков.
Определить припуски на механическую обработку.
Определить размеры уклонов и галтелей.
Рассчитать вес отливки.
Рассчитать размеры модели и стержня, вычертить их.

5. Содержание отчета

Чертеж детали с разработанной литейной технологией (указать разъем, величину уклонов, галтелей, припусков на механическую обработку, определить контур стержня и его границы).
Характеристика материала (химический состав, предел прочности на растяжение).
Расчет размеров модели с учетом усадки.
Расчет веса отливки.
Эскиз модели и стержня с размерами.

6. Контрольные вопросы

Что относится к модельному комплекту?
Назначение модели и требования, предъявляемые к ее изготовлению.
Назначение стержней и стержневых знаков.
В каких случаях назначаются припуски на механическую обработку и их определения?
Назначение формовочных уклонов и их определения.
Назначение галтелей и их определение.
Как учитывается усадка металла при изготовлении моделей?
Что называется черновым весом отливки?
Чем размеры модели отличаются от размеров отливки?
Чем размеры отливки отличаются от размеров конструкторского чертежа?

Рекомендуемая литература

1. Дальский А. М. и др. Технология конструкционных материалов. – М.: Машиностроение, 1985.
2. Кнорозов Б. В. и др. Технология металлов. – М.: Металлургия, 1979.




Таблица 1

Припуски на механическую обработку стальных отливок II класса

Наибольший
габаритный размер
детали, мм
Положение поверхности при заливке
Номинальный размер, мм



До 120
120-260
260
500
800
1250
1250
2000
2000
3150
3150
5000
5000
5300

До 120
Верх
Низ, бок
4
4








Свыше 120 до 260
Верх
Низ, бок
5
4
6
4







Свыше 260 до 500
Верх
Низ, бок
6
5
7
5
7
6






Свыше 500 до 800
Верх
Низ, бок
7
5
8
6
9
6
10
7





Свыше 800 до 1250
Верх
Низ, бок
8
6
9
7
10
7
10
8
11
9




Свыше 1250 до 2000
Верх
Низ, бок
9
7
10
7
10
8
11
8
12
9
13
9



Свыше 2000 до 3150
Верх
Низ, бок
10
7
11
8
11
8
12
9
13
10
13
10
14
11






Таблица 2

Припуски на механическую обработку отливок из серого чугуна II класса точности

Наибольший
габаритный размер
детали, мм
Положение
поверхности
при заливке
Номинальный размер, мм



До 50
50120
120260
260500
500800

До 120
Верх
Низ, бок
3,5
2,5





Свыше 120 до 260
Верх
Низ, бок
4,0
3,0
4,5
3,5
5,0
4,0



Свыше 260 до 500
Верх
Низ, бок
4,5
3,5
5,0
4,0
6,0
4,5
6,5
5,0


Свыше 500 до 800
Верх
Низ, бок
5,0
6,0
6,0
4,5
6,5
4,5
7,0
5,0
7,5
5,5

Свыше 800 до 1250
Верх
Низ, бок
6,0
4,0
7,0
5,0
7,0
5,0
7,5
5,5
8,0
5,5

Свыше 1250 до 2000
Верх
Низ, бок
7,0
4,5
7,5
5,0
8,0
5,5
8,0
6,0
9,0
6,5








Таблица 3

Наибольшие припуски на механическую обработку для отливок из цветных сплавов

Наибольший
габаритный размер
детали, мм
Группы припусков


Массовое производство
Серийное производство
Индивидуальное произ-во


Простая
отливка
Сложная
отливка
Простая
отливка
Сложная
отливка
Простая
отливка
Сложная
отливка

До 100
1,5
2,0
2,0
3,0
2,0
3,0

Свыше 100 до 200
1,5
2,0
2,0
3,0
3,0
4,0

Свыше 200 до 300
2,0
2,0
2,0
3,0
4,0
5,0

Свыше 300 до 500
3,0
3,0
3,0
5,0
5,0
6,0

Свыше 500 до 800
3,0
4,0
4,0
5,0
5,0
7,0

Свыше 800 до 1200
4,0
5,0
5,0
6,0
6,0
8,0









Таблица 4

Формовочные уклоны (ГОСТ 3212-57)

Высота модели, мм
Модели металлические
(формовка машинная)
Модели деревянные



Формовка машинная
Формовка ручная

Уклоны (не более)

До 20
1

1

1


2050
1
1°15
1,5
1°30
1,5
1°30

50100
1,5
0°45
2
1°15
2
1°15

100200
2
0°30
2,5
0°45
2,5
0°45

200300
2,5
0°30
3
0°30
3
0°30

300500
3
0°30
4
0°30
4
0°30

500800
-
-
-
-
5
0°30

8001000
-
-
-
-
6
0°30











Таблица 5

Определение размеров знака стержня

Наибольший размер А в поперечном сечении знаков, мм
Средняя высота
знака стержня, мм
Уклон знака
стержня, град

До 10
15
5

11-18
20
5

19-30
25
5

31-50
30
6

51-80
40
7

81-120
50
7

121-180
60
7

181-250
70
10

251-350
80
10
























Приложение
Формулы для вычисления объемов и веса тел

Кольцо


13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415


Цилиндр


13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415


Прямоугольная призма


13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415


Усеченный конус


13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415



Рис. 1. Пример разработки литейной технологии (а), эскиз модели (б)




Рис. 2. Эскиз стержневого ящика (а), стержня (б)
Вариант № 1


13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
H
B
Марка материала

190
140
50
20
60
25
СЧ 30

200
150
50
20
60
30
СЧ 45

220
160
60
30
80
35
ВЧ 60-2

240
160
60
30
80
35
Бр. ОЦС 6-6-3

260
200
80
40
90
35
Бр. СЗО

300
240
80
40
90
35
Бр. АЖН 11-6-6

380
300
100
50
90
40
Бр. АМц 9-2Л


Вариант № 2


А
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
H
h
Марка материала

100
50
80
40
15
СЧ20

120
70
100
50
15
СЧ45

130
70
110
60
20
35 Д

140
80
120
70
20
2ОХИЛ

150
60
120
70
20
2ОГСЛ

170
100
140
80
20
35МГСЛ


Вариант № 3



13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
H
B
Марка материала

200
120
100
160
180
20
Бр. АМц 9-2Л

300
220
200
260
280
20
Бр. АЖ 9-4Л

400
300
270
350
320
25
Бр. ОФ 6,5-0,15

450
350
320
400
410
25
Бр. С30

500
380
350
440
470
30
Бр. СН 60-2,5

550
430
400
490
500
30
Бр. ОЦС 5-5-6






Вариант № 4



13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
H
h
A
В
Марка
материала

70
40
50
20
60
45
110
20
СЧ 10

90
50
60
20
80
70
150
25
СЧ 30

120
80
70
30
100
80
200
30
ВЧ 120-2

130
80
90
40
120
100
250
30
35 Л

140
90
120
70
150
130
300
25
35 ХНЛ

150
90
130
70
160
140
350
40
45 ХМЛ

180
110
160
90
200
170
400
40
30 ГСЛ











13PAGE 15


13PAGE 141115





Приложенные файлы

  • doc 15824363
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий