Изготовление и производство литых заготовок

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный  политехнический университет»

 

Механико-машиностроительный факультет

 

Кафедра «Технологии конструкционных  материалов и материаловедения»

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

 

Дисциплина: Технология конструкционных  материалов

 

Изготовление и производство литых  заготовок

 

 

 

 

Выполнил: студент ________

Руководитель:_________

Дата:________

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012г 
Содержание

 

 

 Введение

Литейное производство занимает ведущее положение в  производстве заготовок на машиностроительных заводах вследствие малой себестоимости отливок и высокой универсальности литья. Этот способ применяют для изделий практически любой конструктивной сложности, из различных сплавов, любой массы, при небольших объемах механической обработки.

Отливки получают в разовых  песчаных, металлических и в оболочковых формах, литьем под давлением, по выплавляемым моделям и другими способами. Наиболее широко используют литье в песчаные формы.

Работоспособность литой  детали, величина затрат на производстве заготовок зависит во многом от того, насколько полно учтены все особенности и технологические возможности выбранного способа литья.

 

 

1. Исходные данные

Чертеж детали "Стойка". Производство – мелосерийное. Условия работы – динамические  нагрузки.

2. Выбор способа получения детали 

По габаритным размерам отливка является средней, а по форме  – средней сложности. Наиболее целесообразно в данном случае предусмотреть получение литой заготовки. Себестоимость отливок обычно ниже себестоимости поковок и сварных конструкций.Требования прочности и надежности детали допускают использование литой заготовки.

Для данной заготовки применение специальных видов литья нецелесообразно из-за увеличения себестоимости, поэтому выбираем наиболее распространенный способ – литье в песчано-глинистые формы, т.к. оно позволяет получать отливки из любых сплавов, любых размеров, различной конфигурации и сложности. Литье в песчаные формы применяют как в единичном, так и в серийном и массовом производстве. Себестоимость таких заготовок невысокая.

3. Выбор сплава и  его характеристики

Сплав должен обеспечивать механические свойства, необходимые для условий работы детали, быть по возможности дешевым и иметь высокие технологические свойства.

Исходя из заданных условий  работы (динамические нагрузки) целесообразно  выбрать углеродистую сталь, т.к. она  обладает требуемыми свойствами. Выбираем сталь углеродистую литейную 30Л ГОСТ 977-88.

Сталь содержит 0.3% углерода, имеет низкую жидкотекучесть. Механические свойства:

s_В=471 МПа, s_0.2 =255 МПа, d= 17%, KCU = 343 кДЖ/м².

4. Выбор положения отливки в форме

Литейное производство обеспечивает получение очень сложных по форме отливок, практически любых габаритных размеров. Однако с целью упрощения технологии и снижения себестоимости следует проектировать детали компактными.

Положения отливки в  форме определяет качество отливки  и ее работоспособность, а также затраты труда в литейном цехе. Наиболее качественными и прочными бывают нижние и боковые (вертикальные) участки отливок. В верхних участках меньше плотность металла, сюда же всплывают шлаковые включения формовочной смеси и здесь же формируются усадочные раковины и поры вследствие усадки сплава.

При выборе положения  отливки необходимо стремиться к  упрощению литейной формы путем уменьшения количества разъемов формы и модели, но при этом нужно реально оценивать наличие возможных дефектов в верхних участках отливки. Положение отливки в форме определяет характер затвердевания. Разъем формы должен быть плоским. При машинной формовке необходимо обеспечить один разъем формы.

 

Рис. 1. Положение отливки

 

На рис. 1 показано положение отливки в форме для двух возможных вариантов.

Вариант 1 обеспечивает наилучшее  качество металла на боковых поверхностях детали. Для извлечения модели из формы потребуется два разъема формы и модели. Формовка будет сложнее, а себестоимость отливки существенно выше.  

Вариант 2 гарантирует наиболее дешевое  производство отливки, т.к. форма будет  состоять только из двух частей и потребуется  только один разъем формы и модели. Однако в верхней части качество металла будет ниже из-за шлаковых включений и усадочных раковин.

Выбираем вариант 2. В этом случае себестоимость отливки будет  ниже. Качество верхней части отливки обеспечим снятием поверхностного слоя металла при механической обработке.

5. Анализ технологичности детали, изменение ее конструкции

5.1. Оформление внешних поверхностей литых деталей

Внешним поверхностям отливки  соответствует конфигурация полости в литейной форме, которую получают с помощью модели. Модель должна быть извлечена из формы без разрушения последней. Удаление модели из формы производят за один прием или по частям, если модель разъемная. Оптимальная конструкция детали обеспечивается в том случае, если для изготовления формы требуется не более одного плоского разъема модели, совпадающего с разъемом формы.

Проверку технологичности детали по внешним очертаниям производят по методу теневого рельефа: если на выбранную плоскость разъема формы условно направить параллельные лучи света, то отсутствие теневых участков говорит о том, что деталь технологична, т.е. модель извлекается из формы без разрушения последней.

Все внешние поверхности, перпендикулярные плоскости разъема, должны иметь  литейные уклоны по ГОСТу 3212-80, в противном  случае возможно осыпание формовочной  смеси при извлечении модели из формы. Уклоны назначаются как на обрабатываемые поверхности отливки, так и на необрабатываемые поверхности отливки (0°19¢...2°54¢ и 3°-5° соответственно).

Разъем формы должен быть плоским, в противном случае необходимы специальные опоки и подмодельные плиты.

5.2. Оформление внутренних полостей  отливок

Внутренние полости  отливок формируются с помощью  стержней, устанавливаемых внутрь литейной формы. Стержни после остывания  металла удаляют из отливки.

Для обеспечения надежного крепления  стержня деталь должна иметь, как  правило, не менее двух выходных отверстий или окон. Выходные отверстия необходимо делать большими, иначе стержень при малой площади опоры продавит формовочную смесь. Кроме того, при взаимодействии жидкого металла со стержнем крепитель выгорает и образующиеся газы должны выйти через вентиляционные каналы и окна, а не попасть в стенку отливки в виде газовых раковин. Отмеченные условия выполняются, если диаметр или ширина выходного отверстия составляет не менее 30% соответствующего поперечного размера полости отливки.

5.3. Выбор толщины стенок и способа их сопряжения

Толщина стенок на исходном чертеже выбрана без учета  особенностей литейного производства. Деталь является разнотолщинной, а направленность затвердевания металла не обеспечена.

Наименьшая толщина стенки составляет 85 мм, это является приемлемым, поскольку минимально допустимая толщина стенки для данной отливки составляет 12-15 мм (см. табл. 3 [1, c. 15]).

Наибольшая толщина стенки составляет 100 мм, это также является неприемлемым. Уменьшим толщину до 15 мм.

Для сохранения жесткости  конструкции необходимо предусмотреть  ребра жесткости. Толщину ребер  жесткости берут на 20 – 40% меньше толщины стенки отливки с тем, чтобы ребра остывали быстрее  и препятствовали короблению всей отливки. В данном случае толщина ребер жесткости составит 10 мм.

При наличии разнотолщинности неизбежны местные скопления  металла (тепловые узлы), в которых могут образовываться усадочные раковины и трещины.

Сопряжения стенок во избежание их разрушения в процессе охлаждения должны быть плавными.

Размеры сопряжений можно  рассчитать согласно опытным зависимостям:

r=(1/3 ... 1/6) (t₁+t₂)/2

t₁=15 мм

t₂=10 мм

r=(1/3...1/6) (15+10)/2=4,16... 2,08мм

Согласно нормальному  ряду принимаем r =2 мм.

При проектировании сопряжений следует избегать местных утолщений, т.е. скопления металла, приводящих к усадочным раковинам.

Таким образом, после  изменения конструкции мы получили:

6. Расчет размеров модели, отливки  и стержневых ящиков

Для назначения припусков  на механическую обработку согласно ГОСТ 26645-85 установлен 11-й класс точности размеров отливки и 11-й класс точности размеров массы (см. табл. 5 [1, с.26]). Классы точности определены исходя из способа получения стальных отливок в разовых песчаных формах в условиях серийного производства. Данная деталь  не предъявляет особых требований к ограничению коробления отливки и степени точности поверхности, поэтому степень коробления и степень точности поверхности можно не нормировать.

Припуски назначены  по 8-му или 9-му рядам соответственно для нижних и боковых или верхних поверхностей.

Расчет размеров отливки, модели и стержневых ящиков удобнее  вести в табличной форме.

Допуск размеров определен  по 11-му классу точности согласно табл. 6 [1, c. 28]. Общий допуск с учетом коробления и неточности поверхностей увеличен на 25%.

Предельные отклонения размеров отливки выбраны симметричными  или несимметричными в зависимости от наличия механической обработки и способа формирования поверхности одной или несколькими частями литейной формы. Предельные отклонения  размеров до необрабатываемых поверхностей обозначены на чертеже детали.

Припуск на усадку для  стали составляет 2%. Размеры модели и стержневых ящиков превышают размеры отливки на величину припуска на усадку.

Расчет размеров отливки, модели и стержневых ящиков приведен в табл. 1.

Таблица 1

Расчет размеров отливки, модели и стержневых ящиков

Номинальный размер детали, Мм	Допуск размерной точности D, мм	Суммарный допуск D общ., мм	Припуск на механическую обработку мм	Размер отливки, мм	Припуск на усадку, Мм	Размер модели, мм	Размер стержневого ящика, мм
1000	8			1000+4	20	1020
900	8	10	9 +9	918+4	18	936
125	5			120+5	3	123
250	5,6	7	7 +7	264+3	5,3	255
220	5,6			220-6	4,4		224
400	6,4			400+3	8	408
R100	4,4	5,5	-5.5	94+2	1,9	102
R115	5			115+3	2,3	117
110	5			110+3	2,2		112

 

7. Разработка конструкции стержневого  ящика

Для изготовления требуемого стержня используем разъемный стержневой ящик. Ящик выполнен из пиломатериалов хвойных пород.

Изготовление стержня  осуществляется следующим образом. Собранный ящик очищают от пыли, протирают вручную рабочую часть керосином и  располагают на столе верхней частью вниз. Заполняют всю полость ящика стержневой смесью с промежуточной трамбовкой.  Набитый ящик накрывают сушильной плитой и переворачивают. Вторую половину изготавливают аналогично. Готовые составляющие направляют в сушильную печь, после сушки  склеивают и  покрывают противопригарной краской. Предельные отклонения размеров соответствуют ГОСТу 11961-87.

Размеры стержневого  ящика, соответствующие размерам полостей отливки с учетом литейной усадки, определены в таблице 1. Толщина стенок ящиков назначается конструктивно.

Длина горизонтального  знака стержня составит 160 мм. Формовочные  уклоны на знаке составят 5⁰ и 6⁰ при такой длине знака.

Зазоры между стержнем и формой равны 2 мм.

 

8. Разработка чертежа  технологичной детали

В результате анализа  технологичности  предлагается новый чертеж детали.

На чертеже нанесены указания литейной технологии, т.е. элементы литейной формы и отливки:

• положение отливки в форме, разъемы формы и модели;
• припуски на механическую обработку, литейные уклоны, конфигурация стержня;
• направление каналов для вывода газов;
• разъемы стержневых ящиков и направление их набивки
• литниковая система.

9. Расчет литниковой системы

Литниковая система  – система каналов для подвоза  металла в литниковую форму. Литниковая система должна обеспечивать непрерывную заливку в форму очищенного металла с определенной скоростью. При этом не должно быть разрушения формы потоком металла, а отходы металла на литниковую систему должны быть минимальными.

Шлакоуловители и питатели располагают в полости разъема формы. В целях уменьшения вероятности размыва формы, питатели располагают так, чтобы струя металла была направлена вдоль полости. Элементы литниковой системы указаны на чертеже детали.

Во избежание усадочных  раковин следует предусмотреть  прибыль. Диаметр окружности, вписанной в подприбыльную часть, составляет d₁ =   100мм.

Толщина прибыли у  основания t_пр и высота h_пр будут равны:

t_пр=1,4×d₁=140 мм,

h_пр= 1,6×t_пр=224мм,