ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. Методические указания к
Методические указания к
Лабораторной работе № 6
Технология производства отливок в песчаных формах
по дисциплине
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ.
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Направление подготовки: 110300 “Агроинженерия”
Специальность: 110303 “Механизация переработки
сельскохозяйственной продукции”
Форма обучения очная
Тула 2010 г.
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
Изучить операции ручной формовки в парных опоках, заливку металла в форму, охлаждение и выбивку отливок. Визуальным контролем дать оценку качества отливки и рассчитать процент выхода годного от металлозавалки.
2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Сущность процесса изготовления отливки состоит в получении жидкого сплава и заливки его в заранее приготовленную литейную форму. При охлаждении сплав затвердевает и сохраняет конфигурацию рабочей полости этой формы. Общая схема технологического процесса изготовления отливок в песчаных формах приведена на рис. 1.
Формовкой называют процесс изготовления разовых литейных форм. Это комплекс трудоёмких и ответственных технологических операций, во многом определяющий качество производимых отливок. Литейную форму изготавливают из формовочной смеси по модельному комплекту.
Формовочная смесь – многокомпонентная смесь материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Для её приготовления в качестве исходных формовочных материалов используется формовочный песок, литейные формовочные глины и вспомогательные материалы (мазут, графит, торф и другие). Основную массу смеси (90%) составляет оборотная смесь, подготовленная для повторного употребления в качестве составляющей части формовочной смеси.
Формовочная смесь подразделяется на облицовочную, наполнительную и единую. Из облицовочной смеси изготовляют рабочий слой формы. Это наиболее качественная смесь. Наполнительная смесь используется для наполнения форм после нанесения на поверхность модели рабочего слоя из облицовочной смеси. В её состав входит 90-98% оборотной смеси.
Единой называют смесь, которая используется одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. Эта смесь применяется при механизированном и автоматизированном производстве отливок.
| Изготовление модельного комплекта | ||||||||||
 
| ||||||||||
   
| ||||||||||
         Плавка
металла
| ||||||||||
| ||||||||||
  
| ||||||||||
| ||||||||||
   
| ||||||||||
|
|
|
|
Рис. 1. Схема технологического процесса
изготовления отливок в песчаных формах
Стержневая смесь – многокомпонентная смесь материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных стержней. Стержневая смесь для сложных стержней приготовляют из кварцевого песка с добавлением различных связующих материалов (олифа, сульфитно-спиртовая барда, синтетические смолы и др.). Вводятся также технологические добавки - древесные опилки, торф, гранулированный уголь, мазут и другие.
Модельный комплект это приспособления (оснастка), необходимые для образования при формовке рабочей полости литейной формы. Он включает в себя литейную модель, стержневые ящики (один или несколько), модели литниковой системы, модельные плиты и другие приспособления и изготовляются из дерева, алюминиевых сплавов, пластмасс, а иногда из чугуна, стали, медных сплавов.
Литейная модель - приспособление, при помощи которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации отливки. Модели бывают неразъемные и разъемные. По наружной геометрической форме модель соответствует конфигурации отливки и отличается от готовой литой детали на величину усадки металла, припуска на механическую обработку и наличием формовочных уклонов, позволяющих извлекать модель из формы в процессе формовки. Для получения в отливке внутренних полостей в литейную форму при сборке помещают стержни, которые предварительно изготавливают из стержневой смеси по стержневым ящикам- приспособлениям, имеющим рабочую полость для получения в ней стержня нужных размеров и очертаний.
Формовку производят в специальных металлических приспособлениях, (рамках), называемых опоками, которые служат для удержания формовочной смеси при выполнении литейной формы, транспортировке и заливке ее расплавленным металлом. Верхняя и нижняя опоки (“ВО”- верхняя опока, “НО”- нижняя опока) между собой фиксируются с помощью спаривающих штырей.
В зависимости от конфигурации отливок, их размеров и сложности, а также условий и характера производства формовку производят:
- по неразъемной, цельной, модели;
- по разъемной модели;
- по модели со сложными разъемами (с подрезкой, перекидным болваном и др.)
Формовка по цельной модели применяется в производстве простых отливок, без внутренних полостей и конструктивных выступов на поверхности (рис. 2).
В производстве сложных отливок обычно форму изготавливают по разъемной модели с последующей простановкой стержней (рис. 3).
Итак - формовка это технологический процесс изготовления из формовочных и стержневых смесей по модельным комплектам форм и стержней с последующей сборкой их под заливку металлом. Формовка включает уплотнение формовочной смеси, позволяющее получить точный отпечаток модели в форме и придать необходимую прочность смеси; устройство в форме вентиляционных каналов для выхода из полости формы образующихся газов и пара при заливке расплавленного металла; извлечение моделей из формы; отделку и сборку формы.
2.1. Основные операции ручной формовки
| Операции ручной формовки | Эскиз |
| 1. Подготовка модели к формовке (осмотр) и установка ее на подмодельную плиту. Если модель разъемная, то устанавливается разъемом на плиту нижняя половина модели и нижняя опока. Модель обдувается сжатым воздухом и для предотвращения прилипания формовочной смеси припыливается ликоподием, серебристым графитом или мелким сухим песком. 2. При ручной формовке на модель наносится через сито слой облицовочной смеси толщиной 15-25 мм и уплотняется на модели обжатием руками. 3. Порционно засыпается и уплотняется с помощью ручной или пневматической трамбовки наполнительная смесь. (При машинной формовке уплотнение смеси производится формовочной машиной). 4. С помощью линейки-счищалки удаляется по верхнему ладу опоки излишек смеси и душником накалываются вентиляционные каналы (духа). Количество наколов в зависимости от площади опоки колеблется от 5 до 15 на дм2. 5. Нижняя полуформа поворачивается на 1800. При машинной формовке модель механически удаляется, при ручной - на половину модели, находящуюся в нижней полуформе, накладывается вторая половина модели со спаривающимися шипами. На нижнюю опоку по спаривающим штырям устанавливают верхнюю опоку. Устанавливают модели шлакоуловителя, стояка, выпоров. Поверхность полуформы по разъему посыпается разделительным песком и производится набивка верхней опоки формовочной смесью. При этом повторяются те же операции, что и при набивке нижней опоки. 6. Удаляются модели стояка и выпоров, накалываются вентиляционные каналы. 7. Верхняя полуформа снимается с нижней и переворачивается на 1800. Извлекаются модели (собственно модель, модель шлакоуловителя и питателей). С помощью гладилки и других инструментов отделываются поврежденные места формы. В нижнюю полуформу ставятся стержни. Форма обдувается сжатым воздухом для удаления сора и пыли. 8. Нижняя полуформа осторожно по спаривающим штырям накрывается верхней полуформой. Для предупреждения подъема верхней опоки в период заливки обе половинки скрепляются скобками или на верхнюю опоку перед заливкой становится груз определенного веса. |
|
а б
Рис.2. Формовка по неразъемной модели:
а - литейная форма в сборе; б - отливка с литниковой системой
а б
Рис.3. Формовка по разъемной модели:
а - литейная форма в сборе; б - отливка с литниковой системой
2.2. Литниковая система
Литниковой системой называется совокупность каналов и элементов литейной формы для подвода расплавленного металла в полость формы, обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании.
Литниковая система имеет следующие основные элементы (рис.4):
Рис. 4. Основные элементы литниковой системы
- литниковая чаша (или воронка) - 1 - резервуар для приема жидкого металла из ковша, частичного удержания шлака и передачи металла в стояк;
- стояк - 2, вертикальный канал, обычно суживаюшийся к низу, предназначенный для передачи металла из чаши к другим элементам литниковой системы (литниковому ходу, питателям);
- литниковый ход - 3 - называемый “шлакоуловителем” в производстве чугунных отливок и “коллектором” в производстве цветного литья - это горизонтальные каналы, предназначенные для передачи металла из стояка к питателям и частичного удержания шлака;
- питатели - 4 (литники) - каналы, предназначенные для передачи металла непосредственно в полость формы.
Для вывода газов из полости формы и визуального контроля ее заполнения металлом делаются выпоры, располагая их на наиболее высоких частях отливки в форме.
2.3. Методические указания по разработке технологического процесса изготовления песчаных форм
В зависимости от конструкции отливки выбирают способ формовки, плоскость разъёма и положение формы при заливке. При этом следует руководствоваться следующим:
1. Плоскость разъёма располагается таким образом, чтобы части модели свободно извлекались из формы.
2. Желательно, чтобы вся отливка или большая её часть располагалась в нижней опоке, что необходимо для предотвращения брака по перекосам и смещениям.
3. Следует стремиться к тому, чтобы отливка формировалась с минимальным количеством стержней.
4. Для получения более плотного металла в ответственных частях отливки необходимо их располагать в нижней полуформе.
5. Поверхности, которые служат базой при механической обработке, должны располагаться в одной полуформе.
Выбрав расположение отливки в форме, можно определить конструкцию литниковой системы и рассчитать площади сечений её каналов.
В наиболее простых и широко применяемых литниковых системах металл подводится к отливке по плоскости разъёма.
Шлакоуловитель располагается в верхней полуформе, а питатели в нижней.
При изготовлении отливок из серого чугуна подводить металл следует в тонких сечениях. В этом случае скорость охлаждения в толстых и тонких сечениях отливки выравнивается, что способствует снижению внутренних напряжений. При получении отливок из стали металл обычно подводят в толстые сечения, что обеспечивает направленное затвердевание отливки и хорошую работу прибылей.
2.4. Заливка, охлаждение и выбивка отливок
Приготовленный в плавильной печи жидкий металл поступает на заливку форм в ковшах, которые предварительно футеруют огнеупорным материалом, просушивают и прогревают до температуры 750-850 0С (для сплавов железа).
Металл заливают в форму при определённой температуре его перегрева. Разрыв струи во время заливки не допускается. Залитая металлом форма охлаждается до определённой технологическим процессом температуры, а затем разрушается и извлекается отливка. Использованная формовочная смесь поступает на переработку, а отливка на очистку и обработку.
3. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ
3.1. Камерная электропечь сопротивления.
3.2. Опоки.
3.3. Модельные плиты, модели.
3.4. Инструмент: лопата, сито, совок, трамбовка, гладилка, линейка, душник.
3.5. Формовочная смесь.
3.6. Сплав силумин.
4. ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ
4.1. Изучить технологический процесс изготовления отливки в песчаной форме, изготовить литейную песчаную форму, залить её жидким сплавом, после затвердевания выбить отливку, очистить и визуально установить дефекты.
5. ХОД РАБОТЫ
5.1. В условиях литейной лаборатории кафедры способом ручной формовки изготовить песчаную форму в двух опоках (вариант отливки и соответствующего модельного комплекта выбирается по указанию преподавателя).
5.2. Приготовить в электрической печи алюминиевый сплав силумин.
5.3. Залить литейную форму этим сплавом.
5.4. Охладить форму и выбить отливку.
5.5. Визуально определить качество полученной отливки.
5.6. Взвесить отливку, литниковую систему, выпоры и др.
5.7. Убрать рабочие места.
6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
6.1. Описать технологический процесс изготовления отливки.
6.2. По заданному варианту отливки описать последовательность операций формовки и дать эскиз литейной формы в сборе.
6.3. Привести эскиз конструкции литниковой системы для заданного варианта отливки.
6.4. Оценить качество полученной отливки.
6.5. Рассчитать выход годного литья по формуле:
В.Г.(%.) = (Q / P) * 100,
где В.Г.- выход годного, %;
Q - масса отливки,
Р- масса шихтовых материалов, расходуемых на отливку,
Р= Q + Qл.с. + Q п. + Qу. + Qб.п.,
где Qл.с. - масса литниковой системы,
Qп. - масса прибылей,
Qу. - масса металла, угоревшего в процессе плавки,
Qб.п. - масса безвозвратных потерь металла, брызги, всплески и т.д.
При расчете принять (Qу. + Qб.п.) = 2-3 % от массы металлозавалки на данную отливку.
7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Технология конструкционных материалов (Технологические процессы в машиностроении) [Электрон. ресурс]: в 4-х ч. /Под ред. Э.М. Соколова; С.А. Васина; Г.Г. Дубенского. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2007.
Ч.1: Машиностроительные материалы: учебник для вузов /Е.М. Гринберг, Г.В. Маркова, В.А. Алферов. — 2007. — 1 опт. диск (CD ROM).
Ч.2: Сварочное производство: учебник для вузов /А.А. Протопопов, В.А. Судник, А.С. Рыбаков. — 2007. — 1 опт. диск.(CD ROM).
Ч.3: Производство заготовок: учебник для вузов /О.В. Мартынов, С.П. Яковлев, Л.Г. Юдин . — 2007. — 1 опт. диск (CD ROM).
Ч.4: Производство заготовок: учебник для вузов /В.В. Любимов, Ю.Н. Федоров, А.С. Ямников. — 2007. — 1 опт. диск (CD ROM).
2. Дальский, А.М. Технология конструкционных материалов: учебник для машиностроит. вузов /А.М. Дальский [и др.]; под общ. ред. А.М. Дальского. — 6-е изд., испр.и доп. — М.: Машиностроение, 2005. — 592с.: ил.
3. Колесов, С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебник для вузов /С.Н. Колесов, И.С. Колесов. — М.: Высшая школа, 2004. — 519с.: ил.
4. Карпенков, В.Ф. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Кн.2. /В.Ф. Карпенков [и др.]: Учебник для вузов. — М.: Колос, 2006. — 312 с.: ил.
5. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: Учебник для вузов /Б.Н. Арзамасов [и др.]; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. — 7-е изд., стер. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. — 648с.: ил.