ХАРАКТЕРИСТИКА СПЛАВА ОТЛИВКИ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.О.СУХОГО»

Механико-технологический факультет

Кафедра «Металлургия и литейное производство»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине: «Теория и технология литейного производства»

на тему: «Разработать технологический процесс изготовления отливки

«Корпус»»

Разработал студент

группы ЛО-41:

Щигельский Н.Н.

Проверил преподаватель

Заяц Т.М.

Гомель 2012 г.

ЛИСТ ДЛЯ РЕЦЕНЗИИ

Содержание

Введение…………………………………………………………………………

1.Характеристика сплава отливки………………………………..…………….

2.Анализ технологичности конструкции детали………….…………..............

3. Выбор плоскости разъема формы………………………………....................

4. Обоснование выбора способа изготовления форм и стержней…………….

5. Выбор формовочных и стержневых смесей………………………………....

6. Расчет литниково - питающей системы……………………………………...

7.Расчет веса груза………………………………………………….....................

8.Расчет продолжительности затвердевания отливки….. …….........................

Заключение……………………………………………………………................

Список использованной литературы……………..……………………............

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Литейное производство является одной из важнейших отраслей машиностроения. Широкому распространению литейное производство обязано своими преимуществами по сравнению с другими способами изготовления заготовок. Повышение точности отливок снижает их массу и соответственно объем работы металлообрабатывающих станков, что является требованием современности, направленным на энерго- и ресурсосбережение. Качество отливки (точность размеров, шероховатость поверхности, и т.д.) определяются совокупностью сложных физико-механических процессов, происходящих при подготовке литейной формы к заливке и в процессе ее заполнения металлом, затвердевания и охлаждения отливки. Литье позволяет обеспечить наибольшую степень приближения геометрических форм заготовки (отливки) и детали. Это одно из главных преимуществ литья.

Литьем получают заготовки практически из любого сплава массой от нескольких граммов до сотен тонн и размерами до десятков метров. Иногда деталь можно изготовить только литьем (сложную по конфигурации, больших габаритов, из сплава с высокой твердостью и т. п.). Этим объясняется широкое распространение литья в различных отраслях производства. Несовершенство конструирования литой детали и неправильность выбора способа литья ведут к образованию значительных припусков на механическую обработку. Это вызывает создание излишнего станочного парка, инструментария, технологической оснастки, производственных площадей и пр. Причем все это направлено на перевод металла в стружку. Также известно, что при литье поверхностный слой отливки имеет более мелкозернистую структуру повышенной твердости, а механической обработкой этот слой снимается. Чем больше предусмотрен припуск на механическую обработку, тем больше сни

мается упрочненный поверхностный слой. Именно здесь большие резервы повышения эффективности производства и решения таких его задач, как обеспечение качества отливок и снижение до минимума значений припуска на механическую обработку. Для решения этих задач применяют новые литейные сплавы с повышенными механическими и литейными свойствами, внедряют современные, более качественные технологические процессы изготовления литейных форм и т. п. В настоящее время производится большая работа по дальнейшему увеличению выпуска отливок и совершенствования технологии и оборудования литейного производства, внедряются созданные на научной основе технологические процессы, разработанные с помощью ЭВМ. Особенно важно повышение качества чугунных отливок, так как их выпуск составляет основную часть общего выпуска литья, и он непрерывно возрастает. Решение задач, поставленных современными условиями, требует постоянного поиска новых резервов повышения эффективности работы. В данной курсовом проекте необходимо разработать технологический процесс изготовления отливки “Корпус” из высокопрочного чугуна марки ВЧ45 ГОСТ 7293-85.

ХАРАКТЕРИСТИКА СПЛАВА ОТЛИВКИ

В курсовом проекте необходимо разработать технологический процесс изготовления отливки на основании чертежа детали «Корпус», которая изготавливается из высокопрочного чугуна марки ВЧ45 ГОСТ 7293-85.Высокопрочный чугун имеет не только высокую прочность, но и заметные пластические свойства, что позволяет изготавливать из него отливки-детали, работающие при ударных нагрузках. При этом экономически выгодно заменять отливки из углеродистой стали и ковкого чугуна отливками из высокопрочного чугуна. Обязательным при производстве отливок из высокопрочного чугуна является модифицирование с целью получения шаровидного графита, низкое содержание серы (менее 0,012℅)при отсутствии в химическом составе демодификаторов (Bi, Se, Al, Ti, As, Pb). По металлической матрице чугуны подразделяются на ферритные, перлитно-феритные, перлитные и бейнитные. Высокопрочный чугун марки ВЧ45 относится по металлической матрице к перлитно-феритной [1]. Химический состав высокопрочного чугуна марки ВЧ45 представлен в таблице 1.

Таблица 1 Химический состав ВЧ45 ГОСТ 7293-85

Механические свойства и рекомендуемый химический состав высокопрочного чугуна с шаровидным графитом по ГОСТ 7293-85 представлены втаблице 2:

Таблица 2- Механические свойства чугуна по ГОСТ 7293-85:

Жидкотекучесть высокопрочного чугуна выше чем жидкотекучесть серого чугуна, поэтому тонкостенные отливки из ВЧ получаются без проблем. Усадочные свойства в значительной степени зависят от литой структуры отливки. Объём усадочных дефектов достигает 6℅ и более; возникают горячие и холодные трещины. Высокопрочный чугун имеет более высокие эксплутационные свойства по сравнению с обычным и модифицированным чугуном, углеродистой сталью и некоторыми другими сплавами.

Окалиностойкость чугуна с шаровидным графитом в 3 раза лучше, чем у модифицированного чугуна с пластинчатым графитом. Особенно высокие ростоустойчивость и окалийностойкость имеет чугун с шаровидным графитом легированный другими компонентами. Такой чугун может применяться как жаропрочный материал и превосходит жаростойкий чугун с пластинчатым графитом[3]. Высокопрочный чугун обладает более высокой стойкостью аброзивному износу. Чугун с перлитной и мартенситной структурой по своей стойкости превосходит серый чугун с пластинчатым графитом, графитизированую сталь, литую сталь 30Л и кованую сталь 50.При содержании в структуре чугуна более 20-30℅ феррита износостойкость чугуна снижается. Чугун с шаровидным графитом может применяться в качестве антифрикционного материала. Он обладает более высокой износостойкостью на трение, чем серый, модифицированный и ковкий чугун (меньше изнашиваются сопряжённые детали), имеет более низкий коэффициент трения как при испытании без смазки, так и со смазкой по сравнению с другими антифрикционными чугунами. Коррозионная стойкость высокопрочного чугуна зависит от структуры металлической основы и среды, в которой работает литая деталь. В условиях проточной воды стойкость высокопрочного ферритного чугуна больше, чем перлитного, и равна стойкости стали 30Л. Применяют высокопрочный чугун для ответственных машиностроительных деталей, работающих преимущественно на износ при трении, а так же применяется при производстве различных фасонных литых деталей.

2 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ

ЛИТОЙ ДЕТАЛИ

Технологичной с точки зрения литейного производства является деталь, конструктивные особенности которой позволяют получить литую заготовку с требуемыми эксплуатационными свойствами с учетом специфических особенностей производства, затвердевания и охлаждения отливки до температуры выбивки и очистки отливок. Модель и форма имеет одну плоскость разъема. В полости формы размещён один стержень. Конструкция отливки представляет собой сочетание простых геометрических тел. Основной несущей конструкцией является цилиндр[4].

Отливка ”Корпус” имеет следующие габаритные размеры: 188×188×159 мм. Масса отливки составляет (1,7 кг).

Отливки 2-ой группы сложности отливки средней сложности. Они имеют коробчатую, цилиндрическую или смешанную форму. Внутренние полости цилиндрической формы, средней сложности с гладкой поверхностью с незначительными выступами и углублениями.

Группа сложности по габаритному размеру: отливка относится к 2-ой группе сложности,т.к её габаритный размер находится в интервале (150-250мм). По условиям применения: отливка относится ко 1-ой группе т.к к этой группе относятся отливки для таких деталей , у которых конфигурация и размеры определяются только конструктивными и технологическими соображениями. Поэтому контролируемыми показателями данной группы отливок являются: внешний вид, размеры и химический состав. Поверхность отливки имеет галтели, а также плавные переходы от одной части к другой, что дает возможность упрощения формовки модели и изготовления ее без обрыва формы. У литой детали толщину стенки необходимо назначать с учетом тре

буемой расчетной прочности, жидкотекучести металла и заполняемости формы. Всякое увеличение толщины стенки приводит к замедлению скорости затвердевания металла и неоднородности структуры, что влечет за собой брак и снижение прочности детали.

По ГОСТ 26645-85 «Допуски размеров массы и припуски на механическую обработку» определяем точность отливки: 9-0-0-10 [3,5] где:

- 9 класс размерной точности;

- 0 степень коробления;

- 10 степень точности поверхности;

- 0 точность массы.

2. Формовочные уклоны назначаются по ГОСТ 3212-92;

3. Припуск на механическую обработку определяем по ГОСТ 26645-85;

Литая заготовка не имеет тепловых узлов, что снижает вероятность образования трещин, которые приведут к браку отливки Переходы и углы сопряжения стенок исключают вероятность получения отливки с усадочными раковинами, пористостью и трещинами, что достигается за счёт введения в чертёж отливки плавных переходов от тонких сечений к сечениям большей толщины, а также радиусов закругления, галтелей, плавных сопряжений.Т.к отливка имеет простую цилиндрическую фигуру с преобладанием плоских прямолинейных поверхностей; небольшие габаритные размеры и особенно высоты литой детали. Это облегчает изготовление модельного комплекта, а также процесса формовки, сборки форм и очистки отливок; имеет один плоский разъем модели, формы, располагается отливка в одной полуформе,то можно сделать вывод, что конструкция всей отливки весьма несложна, следовательно делаем вывод о том, что конструкция технологична.

Рисунок 1-Эскиз детали с нанесённой технологией

3 ВЫБОР ПЛОСКОСТИ РАЗЪЕМА ФОРМЫ

При заливке положение отливки должно быть выбрано таким образом, чтобы обеспечить вывод газов, получение точных размеров отливки, свести к минимуму вероятность образования усадочных дефектов. Количество разъёмов должно быть минимальным, а разъёмы должны быть плоскими. Разъем формы должен обеспечивать надежное крепление стержней. При определении положения отливки в форме следует следить, затем чтобы общая высота формы была наименьшей.

Также разъём формы должен обеспечивать наименьшее количество дефектов по перекосам, и чтобы сократить количество отделочных работ, протяженность литейных швов должна быть минимальной. Выбор разъема формы и модели зависит от размеров литой детали, ее конструкции и характера производства. Далее следует выбрать внешние и внутренние литейные уклоны согласно ГОСТ 3212-92, для обеспечения более простого извлечение отливки из формы. Уклоны назначаются на поверхности перпендикулярные плоскости разъема. На все обрабатываемые поверхности назначаются припуски на механическую обработку по ГОСТ 26645-85.

Поверхность разъема отливки ‘корпус’ – плоская, что удешевляет изготовление оснастки и упрощает изготовление формы. Данная линия разъёма обеспечивает сборку формы без особых затруднений, надёжное крепление стержня, исключая его деформацию под действием сил тяжести и давления жидкого металла. Целесообразно отливку «Корпус» расположить в одной полуформе с горизонтальной линией разъёма. При таком расположении выполняются перекосы. Такое расположение отливки позволяет осуществить плавное заполнение формы расплавом, исключающее разрушение струёй расплава отдельных участков формы и стержня. Также при такой плоскости разъёма создаётся направленный вывод газов из стержня, что снижает

образование газовых дефектов в отливке. Выбранная плоскость разъёма обеспечивает удобство и легкость изготовления моделей.

4 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ

Изготовление форм

Выбор способа формовки (ручной, машинной, автоматической) зависит от размеров отливки, конфигурации и характера производства. Ручная формовка в почве применяется при изготовлении малоответственных и крупногабаритных отливок. Машинная формовка применяется в основном для мелких и средних отливок, а иногда и крупных в условиях серийного и массового производства. Формовка на автоматических линиях применяется только в условиях массового производства. Машинная формовка по сравнению с ручной имеет ряд преимуществ:

- повышенная производительность;

- возможность осуществления комплексной механизации и автоматизации процессов изготовления отливок;

- повышенная точность отливок и уменьшение припусков на механическую обработку.

Отливка «Корпус» изготавливается на лини «Мультиматик » Последовательность изготовление песчаных литейных форм на лини «Мультиматик», изготовление полуформы «низа»:

1. Транспортировать тележки литейного конвейера на очистку от формовочной смеси (допуск параллельности плиты не должен превышать 2 мм).

2. Очистить опоки «низа» по ладу.

3. Подать спутник с подмодельной плитой под дозатор.

4. Обдуть подмодельную плиту, нанести разделительное покрытие. Подать опоку «низа» на формовочный автомат.

5. Поднять формовочный стол с подмодельной плитой на уровень засыпки

смеси и спаравать с опокой.

6. Заполнить опоку формовочной смесью с помощью дозатора с одновременным разрыхлением.

7. Уплотнить смесь в опоке.

8. Выполнить протяжку полуформы «низа» при включенном вибраторе.

9. Выдать полуформу «низа» из формовочного автомата.

10. Срезать формовочную смесь ножами до лада опоки.

11. Переконтавать опоку на 180°.

12. Установить полуформу на литейный конвейер.

Примечание: в случае некачественной очистки модели и залипания формовочной смеси на ней, перевести линию из автоматического режима в режим «наладки», выкатить подмодельную плиту, обдуть устройством обдувки опок и вручную нанести разделительное покрытие держателем ветоши. Пескодувный метод для уплотнения формовочной песчано-глинистой смеси, как самостоятельный способ формообразования не применяется из-за низких абсолютных значений достигаемой плотности и рыхлого верхнего слоя. Как правило, этот метод используются в сочетании с прессованием. Однако для уплотнения сыпучих ХТС (реже ГТС) этот метод может использоваться и как самостоятельный способ формообразования. При этом важнейшее его преимущество – равномерное заполнение рабочего (технологического) объема оснастки смесью в потоке воздуха. Сегодня пескодувно-прессовый метод формообразования – самый популярный метод изготовления безопочных форм, как с вертикальной, так и с горизонтальной плоскостью разъема. Главным преимуществом безопочной формовки с горизонтальной плоскостью разъема – широкая номенклатура изготавливаемых отливок благодаря тому, что практически неограниченны размеры форм от 500х400 до 1100х800. Формовочные автоматы для безопочных форм с вертикальной плоскостью разъема отличаются более простой конструкцией, надежностью и производительностью (240-300 ф/час). С учетом современных требований к защите окружающей среды в комплекс входят системы пыле- и газоудаления и очистки для всех отделений литейных цехов, включая участки плавки и смесеприготовления.

Изготовление стержней

Внутренняя полость отливки «Корпус» выполняется с помощью одного стержня (рисунок 1), который изготавливается пескодувным способом в стержневом ящике с использованием ГТС.

Преимущества способа:

- полученный стержень не требует дополнительной сушки;

- прочность стержня достаточна для транспортировки и простановки в форму;

- оснастка предназначена для многоразового использования;

- высокая газопроницаемость стержней.

Описание последовательности операций:

- нагрев стержневого ящика осуществляется встроенными электронагревателями и газовыми горелками;

- стержневая смесь вдувается пескодувной головкой в стержневой ящик и тем самым уплотняется;

- после отверждения стержня подвижная (нижняя) половина стержневого ящика опускается вниз, начинается протяжка;

- после протяжки стержня вводят вилы механизма съёма, которые транспортируют стержень за пределы машины;

- происходит обдув и опрыскивание стержневого ящика разделительным составом;

- освобождённая от стержня нижняя половина стержневого ящика возвращается в исходное положение, соединяется с неподвижной верхней половиной. Ящик готов для очередного заполнения смесью;

- подготовленные стержни по ленточному конвейеру поступают в окрасочную камеру нанесения водного покрытия КсП – 2;

после окраски стержни по подвесному конвейеру поступают в сушило.

5 ВЫБОР ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ

Литейные формы заливают в сырую и в сухую. При изготовлении мелких и средних отливок простой конфигурации (массой до 1 т) формы обычно заливают в сырую. При изготовлении крупных и сложных отливок формы заливают всухую. Все большее применение находят поверхностно подсушенные и химически твердеющие формы. В зависимости от этого формовочные смеси подразделяют на смеси для заливки в сырую форму и для заливки в сухую форму. В зависимости от металла отливки формовочные смеси подразделяются на меси для чугунного, стального, цветного литья. В зависимости от характера использования формовочные смеси разделяются на облицовочные и наполнительные, единые. Для крупных отливок используются облицовочные и наполнительные, при машинной формовке - единые. При изготовлении отливки «Корпус » используется единая формовочная смесь, т.к отливка имеет массу 1,8 кг и используется машинный вид формовки. Состав смеси приведен в таблице 3[7].

Таблица 3-Состав единой формовочной смеси.

При приготовлении смеси необходимо контролировать физико-механические свойства смеси, соблюдая периодичность проверки параметров.

Физико-механические свойства единой смеси приведены в таблице 4:

Таблица 4- Физико-механические свойства единой смеси.

Состав стержневой смеси приведен в таблице 5.

Таблица 5- Состав стержневой смеси

Физико-механические свойства стержневой смеси должны соответствовать данным, приведенным в таблице 6.

Таблица 6 Физико-механические свойства стержневой смеси

Стержень для отливки «Корпус» изготавливается из горячетвердеющей смеси (ГТС). Стержни из песчано-смоляных смесей изготовляют в металлических ящиках, нагретых до 250—350 °С. Твердение стержней в оснастке существенно повышает их точность и прочность. Цикл изготовления стержня составляет 0,5 - 5 мин.

Преимущества ГТС:

- способность стержней не насыщаться влагой в собранной форме;

- повышенная скорость отверждения стержней;

- не требуется дополнительной сушки;

- конструкция ящиков относительно проста.

6 ВЫБОР И РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ

Важным условием получения качественной отливки является правильное устройство литниковой системы. Литниковая система служит для плавного подвода жидкого металла в полость литниковой формы и питания отливок в процессе затвердевания.

Правильно построенная литниковая система должна обеспечивать хорошее заполнение формы расплавом и питание отливки в процессе ее затвердевания; способствовать получению отливки с точными размерами, без поверхностных дефектов (засоров, ужимин, шлаковых включений и др.) и направленному затвердеванию отливки, расход металла на литниковую систему должен быть минимальным.

Литниковые системы с подводом жидкого металла по плоскости разъема наиболее просты, их широко применяют для большинства отливок. При использовании этой литниковой системы следует учитывать массу расплава и его давление на стенки формы, которое зависит от стояка.

При расчете литниковой системы сначала находим сечение питателя, а затем размеры остальных элементов литниковой системы: стояка и шлакоуловителя.

Сечение питателя находим по формуле [9]:

(1)

где G — масса всех отливок в форме, г;

ρ — плотность расплава, г/см³, (для чугуна ρ = 7,2 г/см³);

t — продолжительность заливки, с;

μ — коэффициент расхода;

g — ускорение свободного падения, g = 981 см/с²;

H_P — расчетный статический напор, см.

Неизвестными в формуле являются: H_P, μ, t.

Расчетный статический напор зависит от размера отливки и его определяют из соотношения [9]:

(2)

где Н — высота стояка от места подвода расплава в форму, мм;

С — высота отливки, мм;

Р — высота отливки от места подвода расплава в форму, мм;

(мм)

Продолжительность заливки отливок [9]:

с (3)

S — коэффициент, учитывающий толщину стенок отливки.

(с)

Коэффициент расхода, характеризующий общее гидравлическое сопротивление формы движущемуся расплаву:

(4)

где μ₁ — коэффициент расхода литниковой системы (μ₁ =0,7—0,8);

μ₂ — коэффициент, зависящий от размера отливки (μ₂ =0,40—0,55).

Подставляя значения H_P, μ, t, ρ в формулу, получим:

см²

Т.к. в форме четыре питателя, то площадь одного составляет:

F_п =4.98/4 = 1.24 см²

Соотношение сечений элементов литниковой системы для мелких отливок: Fпит : Fшл : Fст = 1,0 : 1,05: 1,1 ([6], стр. 18)

Площадь шлакоуловителей:

(5)

Площадь стояка:

(6)

Диаметр верхнего сечения стояка:

(7)

Расчет чаши произведем по формуле:

,(8)

где Dв – верхний диаметр чаши, см;

Hв – высота чаши,

Рассчитаем размеры бобышек.

Диаметр бобышки

(9)

где Dт.у. – диаметр теплового узла, выбирается по таблице Dт.у = 8 см.

Высота бобышки

(10)

где hт.у. – высота теплового узла, выбирается по таблице hт.у. = 8 см

Расстояние от бобышки до отливки

(11)

7 РАСЧЕТ ВЕСА ГРУЗА

При заполнении формы расплав создает давление на стенки формы, пропорциональное плотности и высоте его столба. Это может привести к тому, что под давлением расплава верхняя опока приподнимиться, в результате между верхней и нижней полуформами образуется щель, через которую расплав может вытечь.

Сила действия на верхнюю опоку определяется из выражения:

,кН (12)

где:

Q – масса верхней полуформы,220000 г;

W_ст – объём стержня без знаков, см³

r_ст – плотность стержневой смеси, r_ст = 1,2 г/см³

r_м – плотность жидкого металла, r_м = 7,2 г/см³

К – коэффициенты учитывающий гидравлический удар, К=1,3;

Н – высота верхней полуформы, см;

N – количество отливок в форме;

Fотл – горизонтальная проекция отливки в плоскости разъёма, см²

Fотл =353,44 см²

W_ст = 18.2 см³

кН

Следовательно, требуемая масса груза составляет 45 кг.

8 РАСЧЕТ ПРОБОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВКИ В ФОРМЕ

При анализе процесса формирования отливок в форме различают несколько стадий, характеризующих изменение состояния металла:

1 стадия. Начало процесса, когда происходит заполнение формы расплавом и его частичное охлаждение в результате теплообмена с формой.

2 стадия. Охлаждение расплава после окончательного заполнения формы и отвода от неё тепла.

3 стадия. Процесс затвердевания расплава, который начинается при температуре ликвидуса и заканчивается при температуре солидуса. Во время затвердевания расплава происходит постепенное нарастание корки отливки. При этом фронт кристаллизации перемещается от наружной затвердевшей корки внутрь отливки, содержащей расплав.

4 стадия. Представляет собой процесс охлаждения в форме полностью затвердевшей отливки. При этом в ней идут структурные превращения. Последние, в зависимости от характера отливок (вида сплава, конфигурации отливки) могут сопровождаться и перераспределением термических напряжений, следствием которых являются холодные трещины.

12
• Далее ⇒