Проектирование технологического процесса изготовления отливки в песчаной форме

Сибирский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Технология транспортного машиностроения и эксплуатация машин»

Проектирование технологического процесса изготовления отливки в песчаной форме.

Расчетно-графическая работа

по дисциплине «Технология конструкционных материалов»

Пояснительная записка

ТКМ МС-111.00.00.09.00 ПЗ

Проверил:

Доцент. К.А. Медведев

­­­­­­­­­­­­­­­­­ __________

(подпись)

_____________

(дата проверки)

Разработал:

Студент гр. MC-111 Докшин О.П.

_________

(подпись)

______________

(дата сдачи на проверку)

Краткая рецензия:

___________________________

(запись о допуске к защите)

________________________________ _____________________

(оценка по результатам защиты) (подпись преподавателя)

2010 г

Содержание

Введение.....................................................................................................................................

1. Технические требования к детали и ее чертежу...........................................................

2. Разработка чертежа отливки, назначение припусков на механическую

обработку...................................................................................................................................

3. Разработка чертежа модели и стержня...........................................................................

4. Проектирование литниковой системы............................................................................

5. Разработка разовой песчаной формы..............................................................................

6. Выбор состава формовочной и стержневой смеси .....................................................

7.Расчет режимов изготовления отливки...........................................................................

Список литературы .................................................................................................................

Введение

Литьё в песчаные формы наиболее распространенный способ изготовление отливок. Этим способом изготовляют более 75% всего объёма выпуска литых деталей по массе.

Отливками называют заготовки или детали, получаемые заливкой расплавленного металла в литейную форму.

Литые детали широко применяются в машиностроении. Так, их доля в общей массе электровозов составляет 25-30%, тракторов-58%, станков-80%. Литьём можно получать детали из чёрных и цветных сплавов любой сложности массой от нескольких граммов до 300т, длинной от нескольких миллиметров до 30м.

В машиностроении широкое распространение получили следующие способы производства отливок: литьё в песчаные формы; литьё в постоянные металлические формы (кокили); литьё по выплавляемым моделям; литьё под давлением; центробежное литьё.

При выборе литья необходимо учитывать технологичность конструкции, технико-экономические показатели производства и необходимые эксплуатационные качества литых деталей.

Технологическая конструкция литой детали не должна вызывать затруднения при изготовлении литейной формы, модели, при выбивке, очистке и механической обработке отливок. При конструировании литых деталей необходимо учитывать возможности технологических процессов литья и механической обработки по обеспечению качества готового изделия с точки зрения точности размеров и отсутствия литейных дефектов.

Схема технологического процесса изготовления отливок литьём в песчаные формы показана на рисунке 1.

Изготовление модельного Приготовление формовочной

комплекта и стрежневой смеси

Изготовление полуформ, стержней и сборка формы

Заливка формы Плавка металла

и охлаждение отливки

Выбивка формы и стержней

из отливки, обрубка и очистка Контроль отливки

литья

Рисунок 1 - Схема технологического процесса изготовления отливки

в песчаной форме.

1.Технические требования к детали и ее чертежу

Чертёж детали должен обеспечивать читаемость, давать представление о детали, её форме и габаритах. На чертеже должны быть указаны все необходимые размеры и шероховатости.

Деталь должна соответствовать размерам, в заданном квалитете, и требованиям чертежа. Должны отсутствовать дефекты. Марка литейного сплава - серый чугун СЧ-15; тип производства - индивидуальный; метод формовки - ручной в парных опоках.

При выборе литья необходимо учитывать технологичность конструкции, технико-экономические показатели производства и необходимые эксплуатационные качества литых деталей.

Технологическая конструкция литой детали не должна вызывать затруднения при изготовлении литейной формы, модели, при выбивке, очистке и механической обработке отливок.

Режимы термообработки: в моём случае без термообработки.

Материал сплава: Серый чугун марки СЧ - 20.

Химический состав:

· Углерод, содержание которого составляет около 3,3-3,5%

· Кремний - 1,4-2,4%

· Марганец - 0,7-1,0%

· Сера - до 0,15 %

· Фосфор - до 0,2%

Механические свойства:

· Предел кратковременной прочности δ= 200Мпа

^· Твёрдость СЧ-15 р=7,2 г/см³

· Удельная теплоёмкость (при 100°С) С=480Дж(Кг*град)

· Коэффициент температурного расширения (при 100°С) а=9.5*10^-6(I/град)

· Модуль упругости первого рода (при Т=20°С) Е=10⁵МПа

· Коэффициент теплопроводности λ=54Вт(м*град)

2.Разработка чертежа отливки, назначение припусков на механическую обработку

Отливка - изделие, полученное литьем. Назначение отливки - отливка общего назначения.

Величину припуска на обработку назначают дифференцированно на каждую обрабатываемую поверхность детали в зависимости от параметров точности отливки, ее номинального и габаритных размеров, положения при заливке, способа литья, вида сплава и уровня точности механической обработки.

Параметры точности отливки включают класс точности размера, степень точности поверхности, степень коробления и смещения элементов отливки и ряд припуска поверхности отливки:

Уклоны выражают в градусах или миллиметрах, их величина зависит от высоты вертикальной поверхности от плоскости разъема: 0°30'

Усадка заливаемого сплава свободная 0,9 %.

Класс размерной точности и степень точности поверхностей отливок, изготовляемых литьем в песчаные формы, принимаю 10 (из 11т-14) и 15 (из 15-20), т.к. наибольший габаритный размер отливки 710 мм (630-1600 мм) и тип сплава - чугун.

Степень коробления элементов отливки 5 (из 3-6), т.к. отношение наименьшего размера отливки к наибольшему (толщина или высота к длине элемента отливки): 210/710=0,2 (до 0,200) и отливка нетермообрабатываемая.

Ряд припуска на обработку 5 (из 6 - 9) выбран по степени точности поверхности.

Допуск размеров отливки, изменяемых и неизменяемых обработкой 6,4 мм, т.к. интервал номинальных размеров 630 - 1000 мм при данном классе размерной точности.

Допуск формы и расположения элементов отливки 1,2 мм, т.к. для участка 710 мм при заданной степени коробления отливки.

Допуск неровностей поверхностей отливок 0,4 мм при полученной степениточности поверхности.

Минимальный литейный припуск на обработку поверхности отливки на­значаю 2,0 мм (при полученном припуске) для устранения неровностей и де­фектов литой поверхности и уменьшения шероховатости поверхности при отсутствии обеспечения точности размеров.

Уклоны выражают в градусах или миллиметрах, их величина зависит от высоты вертикальной поверхности от плоскости разъема: 0°30'

Усадка заливаемого сплава свободная 0,8 %

Припуск на механическую обработку 5,0мм - это величина слоя металла, подлежащая снятию механической обработкой для обеспечения точности размеров, волнистости, формы расположения и шероховатости поверхности.

3.Разработка чертежа модели и стержня

Стержень изготавливают из стержневой смеси. Стержни удаляют из от­ливки после выбивки ее из формы.

На стержне различают рабочую часть, образующую поверхность отливки, и части, которые служат для крепления его в форме - знаки.

Конфигурация и размеры стержней устанавливаются в соответствии с контурами внутренних полостей деталей с учетом усадки и припусков на механическую обработку.

Размеры знаков для горизонтального стержня выбраны 60 мм при длине 200мм и диаметре 700мм.

Расчёт размеров модели с учётом усадки заливаемого сплава:

L₁=215.68мм; D₁=262.88 мм; L₂=176.68 мм;D₂=662.24 мм.

В качестве материала модели выбираю дерево, как наиболее дешевый и легкообрабатываемый материал. Модели, которые необходимо обрабатывать на токарных станках, чаще всего делают из березы.

Конструкция модели - разъёмная. Линия разъема модели лежит в плоскости разъема опок. Части разъемных моделей соединяются между собой шипами. При изготовлении формы одна часть модели извлекается из верхней опоки, а другая - из нижней.

4.Проектирование литниковой системы

Правильная конструкция литниковой системы должна: обеспечивать непрерывную подачу по кратчайшему пути сплава в полость формы и плавное ее заполнение; удержать шлак и другие неметаллические включения; создать непрерывность затвердевания отливки.

Для качественной заливки необходимо принять соотношение площадей питателей, шлакоуловителя и стояка: ΣF_П: F_ШЛ: F_CT= 1,0 : 1,1 : 1,2.

где ΣF_П - суммарная площадь сечения всех питателей,

F_ШЛ - площадь сечения шлакоуловителя;

F_CT- площадь сечения стояка у основания шлакоуловителя.

Выпор устанавливают на самых высоких частях отливки и служит для вы­вода воздуха и газов из формы и для контроля за прессом заливки формы.

Прибыль устанавливают на массивные узлы отливки для предотвращения образования в ней усадочных раковин.

Расчет литниковой системы проводится по ее наиболее узкому сечению. Для отливки из стали F= ΣF_П.

Наиболее узкое сечение литниковой системы определяют по формуле:

где Q- масса отливки, кг;

K_v- удельная скорость заливки, кг/(см с);

t- продолжительность заливки, с.

Q=ρּV

где ρ- плотность чугуна, (ρ=7,2 г/см³);

V - объём отливки

Q= 7,2 ּ 10³∙0,01447697 = 104,234184 = 104 кг

Расчет объема и массы детали:

V= V₄ -V₃ -V₂ -V₁ = 0,07693 - 0,05813082 - 0,00362984 - 0,000628 = 0,01454134

Q= 7,2 ּ 10³ ∙ 0,01454134 = 104,697648 = 105 кг

5.Разработка разовой песчаной формы

Изготовление разовых песчано-глинистых форм (формовка) может осуществляться вручную или машинным методом. Ручная формовка применяется в единичном или мелкосерийном производстве, она может выполняться в опоках или почве, по моделям или шаблонам. При ручной формовке используют инструмент, в состав которого входят: лопата для насыпания земли в опоки; ручное сито для просеивания формовочной смеси; ручные и пневматические трамбовки; гладилки; прорезки литниковой системы; подъемник для удаления модели из формы; а также иглообразные спицы для изготовления вентиляционных каналов.

Машинная формовка применяется в крупносерийном и массовом производствах. При этом способе формовку производят на модельных плитах в двух опоках с уплотнением формовочной смеси с помощью прессовых и встряхивающих машин или пескометов.

На рис 2 представлена последовательность операций по изготовлению песчано-глинистой разовой литейной формы. На подмодельную плиту устанавливают нижнюю часть модели, модели питателей и опоку, в которую засыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Опоку поворачивают на 180°, устанавливают верхнюю половину модели, модели шлакоуловителя, стояка и выпоров. По центрирующим штырям устанавливают верхнюю часть опоки, в которую засыпают и уплотняют формовочную смесь. Извлекают модель стояка и выпоров, раскрывают форму. Из полуформ извлекают составные части модели отливки, модели питателей и шлакоуловителей; в нижнюю полуформу устанавливают стержень и накрывают нижнюю полуформу верхней. К месту заливки собранных форм жидкий металл доставляется ковшами.

После заливки расплавленного металла, его кристаллизации и охлаждении литейную форму разрушают и извлекают отливку. Из выбитых отливок удаляются стержни. Затем удаляются литники, прибыли, заусенцы, очищаются поверхности от пригоревшей формовочной смеси. Очищенные отливки поступают на контроль, затем на термическую и механическую обработку.

Рисунок 2 - Последовательность изготовления отливки:

а — эскиз отливки; б—деревянная модель; в—деревянный стержневой ящик; г — литейная форма в двух опоках; д - отливка с литником и выпором; 1 — стержневые знаки; 2— литник; 3 — выпор; 4—верхняя опока; 5 — нижняя опока; 6—стержень; 7—фиксирующий штырь.

6.Выбор состава формовочной и стержневой смеси

Для сухих форм для чугунного литья выбраны:

Содержание глины 12 - 16 %;

Отработанная смесь 40 - 60 %;

Свежие добавки (песок, глина) - остальное.

Состав стержневой смеси:

Кварцевый песок - 92% (огнеупорность 713°С);

Формовочная глина -2%(прочность 1,2-1,5МПа);

Связующий материал - 6%.

Режим сушки стержня (на глинистом связующем): температура 350-450 °С; продолжительность 12- 15 ч (определяется из расчета прогрева фор­мы или стержня на глубину 15-20 мм в ч).

7.Расчет режимов изготовления отливки

Скорость заполнения формы металлом теоретически рассчитывается из условия обеспечения ламинарного режима течения расплава в полости формы или с учетом допустимой турбулентности.

Заполняемость отливки без образования дефектов будет обеспечена при средней фактической скорости подъема металла в форме υ_ф,которая должна быть больше некоторой минимальной допустимой υ_фmin.

Допустимая минимальная скорость подъема металла для отливок из чугуна с толщиной стенки 50 мм: υ_фmin = 4,0 - 7,0 см/с.

Техника заливки форм непосредственно влияет на качество отливок. При заливке форм необходимо обеспечить минимальное окисление металла и снижение его температуры. Для этого заливку следует вести короткой плотной струей металла, не допуская ее разрыва и разбрызгивания.

Песчаная форма является средой, в которую отливка отдает тепло. Толщина формы во много раз больше толщины отливки, поэтому все тепло, выделяемое отливкой, аккумулируется формой, при этом происходит ее нагрев.

По истечении некоторого времени после заливки металл начинает затвердевать со стороны формы, в результате образуется слой твердого металла. Скорость затвердевания отливки определяется теплофизическими свойствами металла и формы, т. е. коэффициент затвердевания зависит от теплоаккумулирующей способности песчаной формы.

Экспериментальное значение коэффициент затвердевания для чугуна 0,10 -0,16. Рекомендуемая температура выбивки: для небольших деталей простой конфигурации 400 - 500 °С.

Температура заливки формы: 1300 - 1380 °С при средней толщине стенки 50 мм. Чем выше температура заливки, тем лучше жидкотекучесть металла, но при этом увеличивается усадка и возможность образования в отливках различного рода дефектов.

После заливки отливку выдерживают в форме для охлаждения.

После выбивки скорость охлаждения отливки резко возрастает. Для отливки массой от 100 кг и температуре выбивки не более 600 °С время охлаждения без стержня 2 часа, со стержнем 5 часов.

Список литературы

1. СТО СГУПС 01.01-2007. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. Новосибирск, 2000. 41 с.

2. Н.М. Чернов, В.А. Аксенов, Л.Б. Тихомирова. Литье в песчаные формы. Учебное пособие. - Новосибирск. Изд-во: СГУПСа. 2006. - 176 с.

2. Проектирование технологического процесса изготовления отливки в песчаной форме. Методическое указание к выполнению курсовой работы.