Kursovoy_TP_Sergey


Исходные данные:
Чертеж детали (блока);
Материал – чугун СЧ-40;
Тип производства – массовое;
Способ литья - литье в песчано-глинистые формы;
Тип формовки – в 2-х опоках.


Рис. 1 Чертеж детали (опора)
Разработка чертежа отливки
1.1. Выбор линии разъема
В соответствии с рекомендациями [2, c.14-15], располагаем отливку в нижней полуформе (формовка в 2-х опоках с горизонтальной осью), что исключает смещение отливки. Базовые поверхности служат для закрепления отливки при механической обработке. Базовые поверхности для механической обработки обозначаются определенным образом: . Линейные размеры на чертеже отливки располагаем от указанных исходных баз.


Рис. 2 Базовые поверхности для механической обработки
Назначение припусков на механическую обработку

Под припуском на механическую обработку подразумевается слой металла, снимаемый в процессе механической обработки. Величина припусков регламентирована ГОСТ 26645-85. Этот стандарт распространяется на отливки из черных и цветных металлов и сплавов и устанавливает допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку. Класс точности размеров и масс отливок выбираем 7т-12, а ряд припусков 2-4 на механическую обработку для литья в песчано-глиняных формах. Припуски на механическую обработку устанавливаем в соответствии [2, табл. 7-13] и представляем в табл.1.
Таблица 1
Размер детали, мм 100 170 25 80 Ø 60 Ø 70 Ø100 Ø 120 Ø 200
Допуск
Смещение,мм 0,9
± 0,5 1,10
± 0,5 0,64
± 0,5 0,9
± 0,5 0,8
± 0,5 0,8
± 0,5 0,9
± 0,5 1,0
± 0,5 1,10
± 0,5
Корабление, мм ± 0,24 ± 0,4 ± 0,16 ± 0,24 ± 0,16 ±0,16 ± 0,24 ± 0,24 ± 0,24
Припуски, мм 2,0 2,4 1,8 2,0 2,0 2,0 2,0 2,4 2,4
Дополн. припуск, мм 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2
Размер отливки, мм 104,7
± 1,19 173,2
± 1,45 25
± 0,98 80,5
± 2,38 55,8
± 2,12 65,8
±2,12 95,8
± 2,38 125
± 2,48 205,2
± 2,58
Оформление уступов, выступов, выемок.
Обрабатываемые уступы или выемки, смежные с обрабатываемой поверхностью, при сумме (l+b) < 60 мм – не отливают, а при размере b< 6мм припуск на обработку дается заподлицо с необрабатываемой поверхностью.
Оформление отверстий в отливке
Оформление отверстий, полостей и выступающих частей при машинной формовке осуществляется стержнями. Отверстия в отливках обычно выполняются, если их диаметр не менее 20 мм при массовом производстве [2, с.30-31]
D = dотл+0,01* dотл – диаметр стержня
D1 = 65.8 +0.01*65.8=66,5(мм)
D2 = 95.8 +0.01*95.8=96,8(мм)
D3 = 55.8 +0.01*55.8=56,4(мм)
Lст=Lотл+ 0,01* Lотл – длина стержня
L1=25+0.01*25=25,3 (мм)
L2=55,5+0.01*55,5=56,1 (мм)
L3=92,7+0.01*92,7=93,6 (мм)
Lст =L1+L2+L3
Lст =25,3+56,1+93,6=175
Для верхнего знака
z=40 (мм)
α=10°
Для нижнего знака
z=40 (мм)
α=7°

Расчет литейных радиусов (наружные и внутренние)
Для получения качественной литой детали стенки отливки должны иметь плавные переходы с необходимыми сопряжениями и закруглениями [2, с.38].
Радиусы рассчитывают по формулам:

– наружный радиус
– внутренний радиус
Расчетные радиусы округляем по стандартному ряду чисел 1; 2; 3; 5; 8; 10; 16 для серого чугуна. Наружный радиус округляем в меньшую сторону, а внутренний радиус в большую [2, с.41]. Полученные данные представим в таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Сопрягаемые припуски Расчетный радиус, мм. Фактический радиус, мм.
П1 П2 Rн Rн
2,6 2,6 2,6 2
2,6 2,1 2,35 2
2,5 2,6 2,55 2
2,1 1,9 2 2
2,1 2,1 2,1 2
Сопрягаемые припуски Расчетный радиус, мм. Фактический радиус, мм.
П1 П2 Rв Rв
2,5 2,1 4,6 5
1,9 2,1 4 5
2,1 2,1 4,2 5
Таблица 3
Назначение литейных уклонов
Для предотвращения разрушения формы при извлечении из нее модельной плиты (модели) на вертикальных стенках отливки необходимо предусматривать литейные (конструктивные и формовочные) уклоны [2, с.38, табл. 17].
Таблица 4
Высота элемента модели, мм Уклон
173,2 0°30'
Определение массы отливки
Определяем объем отливки без учета литейных уклонов и радиусов закруглений:
Vотл.=V1+V2 + V3 +V4 + V5- V6
Vцил.=( π* d2 * h)/4
V1 = (3,14*20,522)*10,47/4=3460,76 (см3)
V2 = (3,14*12,52)*6,85/4=840,20(см3)
V3 = (3,14*6,582)*2,5/4=84,97(см3)
V4 = (3,14*9,582)*5,55/4=399,85(см3)
V5 = (3,14*5,582)*9,27/4=226,58(см3)
V6 = V3+V4+V5=84.97+339.85+226.58=651.4
Vотл.= 3460.76+840.20+84.97+339.85+226.58-651.4=4300.96(см3)
Mотл= Vотл.* ρчуг
Плотность серого чугуна ρчуг=7,1(г/см3)
Mотл=1292,56*7,1=9306,43(г) 9,3(кг)
Технологический процесс получения отливки литьем в песчаные формы
2.1. Изготовление модели отливки, литниковой системы, стержневых ящиков и выбор опок
Модели служат для образования внешних контуров отливки в форме. В массовом производстве применяют металлические модели. Модель изготавливается с учетом припусков на механическую обработку и линейную усадку металла. Кроме основных моделей, образующих форму отливки, имеются модели литниковых систем, с помощью которых при формовке образуется система каналов, через которые жидкий металл поступает в полость формы.
Стержневые ящики для изготовления стержней должны обеспечивать равномерное уплотнение смеси и быстрое извлечение стержня. Как и модели, стержневые ящики имеют литейные уклоны, при назначении их размеров учитывают величину усадки сплава и, если требуется, также и припуска на механическую обработку. Стержневые ящики делают из тех же материалов, что и модели. По конструкции стержневые ящики могут быть неразъемными и разъемными.
Опоки служат для удержания формовочной смеси и образования литейной песчаной формы. Центрирование верхней опоки с нижней осуществляется фиксирующими штырями, которые вставляются в отверстия в приливах опок, а скрепление опок осуществляется скобами.
2.2 Приготовление формовочных и стержневых смесей
Формовочные смеси применяют для изготовления песчаных форм.
Технологический процесс приготовления формовочных смесей заключается в перемешивании составляющих компонентов смеси с последующим ее выстаиванием и разрыхлением. Перемешивание производят в смешивающих бегунах. Время перемешивания составляет для единой смеси 3-5 мин. Затем смеси загружают в бункера, где они выстаиваются в течение нескольких часов для равномерного распределения влаги. Перед загрузкой смесь разрыхляют.
При заливке формы стержни в большинстве случаев находятся в тяжелых условиях, испытывая значительное термическое и механическое воздействие расплавленного литейного сплава. Поэтому к стержневым смесям предъявляют более высокие требования по прочности и другим свойствам, чем к формовочным смесям.
Изготовление полуформ и стержней, сборка форм
Основным способом изготовления стержней является их машинная формовка в стержневых ящиках. Осуществляем формовку в 2-х опоках по разъемной модели.
Операция сборки форм начинают с установки нижней полуформы на заливочную площадку. Затем полость полуформы продувают сжатым воздухом, устанавливают в нее нижнюю полуформу и осторожно по фиксирующим штырям накрывают верхней. Для предотвращения подъема верхней полуформы статическим давлением металла ее скрепляют с нижней полуформой скобами или ставят грузы.
Приготовление шихты
- Определение химического состава чугуна.
- Определение состава шихты.
Плавление шихты
Плавление шихты осуществляется в специальных печах вагранках. Процесс плавки чугуна: в вагранку загружают дрова, разжигают их, затем засыпают слой кокса на 700-800 мм выше уровня фурм и включают дутьё. После разогрева нижней части вагранки в неё загружают шихту. За счет тепла от сгорания кокса происходит расплавление металлической части шихты. Процесс плавки происходит непрерывно, а загрузка шихты и выпуск жидкого чугуна производится периодически.
Заливка формы
Температура заливки для серого чугуна колеблется в пределах 1250..1400˚С. Чем более тонкостенные отливки, тем должна быть выше температура заливаемого чугуна.
Формы заливают на плацу, рольгангах и конвейерах. На плацу обычно заливают мелкие и средние формы в небольших литейных цехах. В литейных цехах, производящих большое количество отливок, формы обычно заливают на конвейере. Заливка металла в литейную форму может осуществляться либо ручным способом, либо механическим. Емкость ручных ковшей не превышает обычно 50 кг, а емкость механизированных крановых ковшей составляет 50 – 200 т и более. Для заливки чугуна большое применение получили ковши барабанного типа емкостью до 5 т.
Выбивка отливок
Время охлаждения отливок в форме зависит от теплофизических свойств формовочной смеси, толщины стенок отливки, от теплосодержания металла и его склонности к образованию трещин. Длительное охлаждение отливок в форме невыгодно, т.к. удлиняет технологический цикл. Поэтому непроизводительное время стараются сократить за счет применения принудительного охлаждения.
Из практики работы литейных цехов известно, что чугунные и стальные отливки можно выбивать из форм при следующих температурах: крупные 300..400˚С, средние 400..500˚С, мелкие 500..600˚С.
Преждевременная выбивка ввиду недостаточной прочности отливок в это время может привести к деформации или разрушению их под действием внешних нагрузок.
После охлаждения отливок до необходимой температуры формы выбивают. Обычно это делается на выбивных решетках – вибровстряхивающих установках. При этом формовочная смесь из опок просыпается сквозь отверстия решетки и передается на переработку.
2.8. Обрубка отливок
Обрубка необходима для удаления литниковой системы. Эта операция в зависимости от свойств сплава производится разными способами. Литники от чугунных отливок отбиваются ударом молотка или кувалды, а также в специализированных барабанах.

2.9. Термическая обработка
Термическая обработка предназначена для снятия внутренних напряжений, улучшения структуры и свойств отливок. Применяются следующие виды термической обработки отливок: отжиг, нормализация, закалка и отпуск.
2.10. Очистка от окалины
Отливки очищаются от окалины следующими способами: галтовкой, пескоструйной, дробеметной обработкой. Дробеметная очистка является наиболее прогрессивным способом. Она дает возможность получить чистые отливки, и не создает шума при работе.
2.11. Контроль
Дефекты отливок выявляются различными методами контроля. Проверяется соответствие размеров отливок размерам чертежа. Отливки периодически разрезают для определения размеров внутренних полостей, разностенности, смещений. Контроль размеров отливок позволяет своевременно предупредить массовый брак из-за износа или коробления модели и стержневых ящиков.
Механические свойства отливок контролируют испытаниями отдельно изготовленных или прилитых образцов, а также (в отдельных случаях) образцов, вырезаемых из тела отливки. Внутренние дефекты отливок выявляются методами радиографической и ультразвуковой дефектоскопии. Для выявления наружных поверхностных дефектов применяется люминесцентный контроль, магнитная и цветная дефектоскопия.
Расчет размеров опок и размерных плит
3.1. Расчет размеров модели отливки
Lм=Lотл+0,01*Lотл – длина модели ;
Dм=Dотл+0,01*Dотл – диаметр модели;
Таблица 5
Размеры отливки, мм Размеры модели, мм
231,4 234
116,1 117
3.2. Расчетная схема опоки

Рис.5 Расположение отливки в опоке
Определяем длину опоки:
А= 234*2+30*4+30*3=678 (мм).
Принимаем длину опоки А=700 (мм) согласно [2, с.42, табл.20]
Определяем ширину опоки:
B=117*2+30*4+40=394 (мм).
Принимаем ширину опоки B=400 (мм) согласно [2, с.42, табл.20].
Определяем высоту опоки:
H =Rм+d – высота нижней и верхней опоки;
d – расстояние от модели до верхней или нижней кромки опоки, d=40…60 мм [2, с. 45].
Hн= Hв =60+40=100 (мм).
3.3. Расчет размеров модельных плит
Aм.п.=A+2*5+2*50.=700+10+100=810 (мм);
Bм.п.=B+2*10+2*50.=400+10+100=510 (мм);
где 50 мм – места для закрепления опоки и модельной плиты; 10 мм – толщина стенки опоки.
3219450268605

Рис.6 Модельная плита
Выбор способов формовки и оборудования для изготовления форм.
Выбираем машинную формовку, т.к. производство отливок массовое.
Для этого подбираем формовочную машину согласно [2,с. 48, табл. 23]
Таблица 6
Наименование машины Модель Размер опок в свету, мм Высота опоки, мм Ход вытяжки, мм
Формовочная пневматическая встряхивающепрессовая с электроуправлением без поворота полуформ 22114
1000 х 800
350 300

Подвод металла по разъему формы является наиболее простым и широко применяется при машинной формовке. При этом углубление в нижней полуформе должно быть не более 200 мм (максимальная высота струи металла, которая не разрушает форму.)
Определение расхода металла на литниковую систему.
Литниковой системой называется система каналов, с помощью которых реализуется заполнение формы жидким металлом, питание отливки при ее затвердевании, а также улавливание различных неметаллических включений. Она играет значительную роль в получении качественных отливок (30% брака из-за недостатков системы).
Основными элементами литниковой системы является:
Литниковая воронка (для мелких и средних отливок) или литниковая чаша (для средних и крупных отливок);
Стояк, как правило, вертикальный канал (иногда зигзагообразный для снижения скорости движения) круглого сечения (прямоугольное сечение бывает для магниевых и алюминиевых сплавов);
Шлакоуловитель (коллектор), располагающийся обычно в верхней полуформе;
Питатели, сечение которых должно быть меньше толщины стенки, к которой они подводятся;
Выпор, выводит воздух и газ из полости формы при заливке и сигнализирует о конце заливки. Сечение выпора равно 0,25…0,5 сечения стенки отливки. Выпоры не устанавливаются над массивными частями отливки из-за возможности образования усадочных раковин. В этом случае принимают отводные выпоры [2, с.49].
5.1. Расчет производящих элементов суживающихся литниковых систем
а) Расчет суммарного сечения питателей
,
где – суммарное сечение питателей, см2;
Q – масса жидкого металла, протекающая через литниковую систему, кг;
Q=G+Q1 ,
где Q1 – расход металла на литниковую систему, зависит от массы отливки [2, с.52];
G=4*Mотл;
G=4*9,3=37,2 кг
Тогда по диаграмме зависимости расхода металла от массы отливки. =18% (рис.32; [2, с.52]);
Следовательно: Q=G+Q1=37,2+6,7=43,9 кг

Сечение питателя
b
a
h
Размеры сечения определяем таблице 29 [2, с.59]
h=12 мм, a=12 мм, b=9 мм
б) Определяем площадь шлакоуловителя и стояка
Для среднего и мелкого литья
; [2, с.53]
Следовательно: (см2)
a
b
h
Сечение шлакоуловителя

Размеры сечения определяем таблице 24[2, с.53]
ha
h=27 мм, a=26 мм, b=20 мм
Диаметр стояка в нижней части по формуле
[2, с.53]:

(см2)
см= 27,9 мм
Dв>Dн на 10…15%
Dв=30,7 мм
36410906422390
в) Определение размеров литниковой чаши или литниковой воронки
В зависимости от диаметра стояка выбираем по таблице 25, 27 будет в нашем случае литниковая чаша или воронка
[2, с.57]. По таблице 27 выбираю литниковую чашу по диаметру стояка D=32 мм.
Рис.7 Литниковая чаша
Размеры литниковой чаши представлены в таблице 7.

Таблица 7
L,мм M,мм h,мм R1,мм R2,мм R3,мм R4,мм R,мм r1,мм диаметр стояка, мм
120 40 70 25 20 35 30 10 5 25
5.2 Проверка высоты стояка
Высота стояка, определенная раннее выбранной высотой верхней опоки (литниковая система располагается по разъему формы), проверяется по формуле:
Hmin= Hст–C=L*tgα
Hст= C+L*tgα
где – минимальный избыточный напор металла, обеспечивающий заполнение формы; – высота стояка; α – угол падения напора, α = 8…9°;
С – высота отливки над питателем, L – расстояние от центра стояка до наиболее удаленной и высокой точки формы, [2, с.55].

L1 = 32+230,9/2+9,3/2=152,1 мм;
L2 =16+230,9=246,9 мм;
мм;
Hст=289,9*tg9°=289,9*0,1584=45,9 мм;
Высота стояка обеспечивает минимальный избыточный напор металла для заполнения литейной формы.
Определение состава металлической шихты для выплавки чугуна в вагранке и расчет расхода топлива (кокса) на тонну чугуна.6.1 Определение химического состава чугуна
Определяем химический состав СЧ-40 по таблице 30 [2, с.60]:
Углерод – 2,6%; кремний – 2,7%; марганец – 0,3%; фосфор – 0,02%;
сера – 0,02%, хром – 0,25%.
6.2 Определение состава шихты
1) Чушковый легированный чугун – 15%;
2) Чушковый нелегированный чугун – 14%;
3) Стальной лом – 31%;
4) Собственные отходы – 20%;
5) Чугунный лом – 20%.
Расчет массовой доли элементов в шихте для плавки приведем в таблице 8.
Таблица 8
Массовая
доля Ме
% Массовая доля элемента, %
кремний марганец хром сера фосфор
в Ме в шихте в Ме в шихте в Ме в шихте в Ме в шихте в Ме в шихте
Нелегированный
Чушковый чугун
ЛК2 15 3,0 0,45 0,8 0,12 - - 0,02 0,0025 0,05 0,0075
Легирован ный
Чушковый чугун
ХЧ-3 14 2,2 0,308 0,7 0,098 2,5 0,35 0,04 0,0046 0,10 0,014
Стальной лом 31 0,2 0,062 0,5 0,155 - - 0,05 0,0125 0,05 0,0155
Собственные отходы 20 2,7 0,54 0,3 0,06 0,25 0,05 0,02 0,0025 0,02 0,004
Чугунный лом 20 2,0 0,4 0,8 0,16 - - 0,10 0,02 0,20 0,04
ИТОГО 100 - 1,76 - 0,593 - 0,40 - 0,0431 - 0,081
Проверяем состав шихты: считая угар кремния 10%, марганца 50%, хрома 30% пригар серы 100% (по табл. 34 [2,с. 64]) находим по заданному составу чугуна массовую долю элементов в шихте по формуле:
, где а – необходимое количество элемента. Входящего состав металла после плавки в вагранке, %
х – пригар (+) и угар (-) элемента при плавке, %
Кремний (2,7/(100-10))*100% = 3,0%
Марганец (0,3/(100-50))*100% = 0,6%
Сера (0,02/(100+100))*100% = 0,04%
Хром (0,25/(100-30))*100% = 0,4%
Фосфор 0,02% . Согласно табл. 34 [2, с.64] изменение массовой доли элементов при плавке в вагранке не происходит у фосфора.
Сопоставляя полученный состав шихты с необходимым, видим недостаток кремния 3,0 – 1,76 = 1,24%
Для увеличения массовой доли кремния заменяем чугун ЛК2 чугуном ЛК1 (добавляем ферросилиций СИ10 с 15% кремния) , его необходимо добавить:
(1,24/15)*100% = 8,3%
Добавка ЗЧ2 дается сверх 100% и металлическая калоша массой 600 кг определяется окончательно:
Таблица 9
Шихта Массовая доля металла в шихте,% Масса металла в шихте, кг
Нелегированный чушковый чугун ЛК2 15 90
Легированный чушковый чугун ХЧ3 14 84
Стальной лом 31 186
Собственные отходы 20 120
Чугунный лом 20 120
Ферросилиций СВ10 8,3 49,8
ВСЕГО 108,3 649,8
Плавление шихты
Плавление шихты осуществляется в специальных печах вагранках. Процесс плавки чугуна: в вагранку загружают дрова, разжигают их, затем засыпают слой кокса на 700-800 мм выше уровня фурм и включают дутьё. После разогрева нижней части вагранки в неё загружают шихту. За счет тепла от сгорания кокса происходит расплавление металлической части шихты. Процесс плавки происходит непрерывно, а загрузка шихты и выпуск жидкого чугуна производится периодически.
Расчет кокса для получения 1000 кг отливок

Qж.м. – масса жидкого металла
Qж.м. = Qотл+Qлит.с.
Qотл=1000 кг – масса отливок
Qлит.с. – масса литниковой системы из п. 5.3.1.
Xк – расход топлива (кокса) в процентах, определяем по таблице 35 [2, с. 65].
Xк = 18%

Qж.м. = 1000+180 = 1180 кг
Список использованных источников:
МУ-57-02. Методические указания для выполнения контрольных и лабораторных работ по курсам «Технологические процессы в машиностроение» и «Проектирование производства заготовок» для студентов заочного факультета Сост.: А.К. Денисюк, В.А. Иванова, О.М Епархин; ЯГТУ. – Ярославль, 2002 – 40 с. [№2455]
Потанин С.Л. Технология изготовления чугунных отливок в песчаные формы: Учеб. пособие к РГР / Яросл. политех. ин-т. – Ярославль, 1992, - 80 с. [№1561]
Дальский А.М. Технология конструкционных материалов. Учебник для вузов. М., «Машиностроение», 1977- 664с.

Приложенные файлы

  • docx 17413497
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий