Технологический процесс изготовления отливок «КОРПУС ДАТЧИКА»

МИНИСТЕРСТВО  ВЫСШЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕНЗЕНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

Кафедра «Сварочное, литейное производство и  материаловедение»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ «КОРПУС  ДАТЧИКА»

Пояснительная записка к курсовому проекту 

по дисциплине: «Технология литейного производства» 

Выполнил:

студент  гр. 08МЛ1_________Коралёва А. Г.

Руководитель  проекта:

_________________________Степкина П. В.

                                                   Защищено с оценкой:___________________

Пенза 2011

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка состоит      из   страницы, из печатных листов       рисунков    , таблиц     , и источников 4.

ПРЕСС-ФОРМА, ДОПУСК, МАШИНА ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, СТРЕЖЕНЬ, ОТЛИВКА, ПЛАВКА, ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМА, МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА.

Объектом работы является технологический  процесс изготовления отливок.

  Цель работы: разработка конструкции  отливки «Корпус датчика» из  алюминиевого сплава марки АК-12М2  и технологического процесса  её изготовления при массовом  производстве.

В рамках курсового проекта был  выбран и назначен способ литья для  изготовления отливки «Корпус датчика»; произведена классификация литой  детали «Корпус датчика» по группе сложности; назначено расположение отливки в форме; выбрана плоскость  разъёма в форме; определены размеры  формы и количество отливок в  ней; определены параметры и нормы  точности; выбраны и назначены  припуски на механическую обработку; произведён выбор и расчёт литниковой системы; назначены размеры; описана термообработка отливки «Корпус датчика». Представлены в виде графической части чертёж детали с элементами литейной формы и отливки, чертёж пресс-формы и отдельных её частей.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………..

1. Выбор и назначение способа  литья для изготовления отливки…..

2. Назначение точности изготовления отливки……………………….

3. Назначение припусков на механическую обработку и иных технологических припусков……………………………………………

4. Назначение расположения отливки в литейной форме……………

5. Выбор и расчёт литниково - питающей системы…………………..

  Список использованных источников………………………………….

  Приложения…………………………………………………………….

                                        ВВЕДЕНИЕ

    Литье под  давлением впервые было применено в 1838 г. г. Бруссом при изготовлении литер с изображением букв для газетопечатных машин. В 1839 г. был взят первый патент на поршневую машину для заливки металла под давлением. В машиностроения литье под давлением начали применять с 1849 г. для производства мелких деталей из оловянно-свинцовых сплавов. Машина конструкции Стуржиса, используемая для этих целей, имела ручной поршневой привод, с помощью которого в камере прессования, расположенной внутри тигля с расплавленным металлом, создавалось давление 10—15 кгс/см².

      В 60-х годах литье под давлением стали применять для сплавов на цинковой основе. В поисках повышения производительности ручной привод в поршневых машинах заменяют пневматическим. В конце XIX века были сделаны попытки использовать для литья под давлением алюминиевые, а затем медные сплавы. По словам Л. Фроммера, «история развития литья под давлением есть в то же время история постепенного преодоления трудностей, возникавших благодаря применению все более тугоплавких и обладающих все более неблагоприятными литейными   свойствами   сплавов».

Принцип работы первых машин  литья под давлением сохранился в одном из классов современных машин, получившем название машин с горячей камерой прессования.

       Поршень приводимый в движение пневматическим или гидравлическим цилиндром, перекрывая заливочное отверстие, вытесняет металл из камеры прессования в полость пресс-формы. Металл затвердевает, образуя отливку, а прессующий поршень возвращается в исходное положение. Незатвердевшая часть металла сливается по каналу мундштука  и металлопроводу в камеру прессования. Камера прессования заполняется металлом из тигля через

заливочное отверстие. После охлаждения до заданной температуры отливку удаляют из оформляющей полости. Пресс-форма очищается и смазывается. С момента закрытия пресс-формы с помощью пневматического или гидравлического цилиндра и рычагов машина готова к повторению цикла. Машины с горячей камерой прессования, вследствие отсутствия ручной операции заливки металла в камеру, могут работать в автоматическом режиме.

Все современные машины для литья под давлением по принципу работы узла прессования делятся на два класса машин: с горячей камерой прессования и с холодной камерой прессования. В свою очередь, машины с горячей камерой делятся по способу запрессовки металла в форму: на поршневые и компрессорные.

Поршневые машины могут иметь вертикальную или горизонтальную камеру прессования. Поршневые машины с вертикальной камерой прессования подразделяют на машины с вертикальной , наклонной и горизонтальной плоскостью разъема

пресс-формы. В современной практике поршневые горячекамерные машины с горизонтальной плоскостью разъема пресс-формы применяют крайне редко.

  Преимущество вертикальной камеры прессования — прессующий поршень хорошо доступен для осмотра и усилие привода кратчайшим путем передается на металл. Недостаток ее — для погружения прессующего поршня в металл необходимо иметь высокий тигель и, соответственно, довольно длинный канал металлопровода. С целью уменьшения высоты тигля и длины канала металлопровода были созданы машины с горизонтальной камерой прессования.

        Машины с  неподвижным металлопроводом могут иметь вертикальный или горизонтальный разъем пресс-формы. Компрессорные машины такого типа в настоящее время выделились в отдельную группу машин для литья под низким давлением.

Компрессорные машины для литья  под давлением с неподвижным металлопроводом были заменены машинами с подвижным металлопроводом, называемым гузнеком. В отличие от машин с неподвижным металлопроводом, в которых давление сжатого воздуха на металл не превышало 3—6 кгс/см², в машинах с подвижным металлопроводом воздух давит на небольшую поверхность металла, находящегося в гузнеке, что дает возможность повысить давление до 35—40 кгс/см². Кроме того, в гузнеке резко уменьшается поверхность окисления жидкого металла.

Машины с гузнеком не смогли обеспечить высокого качества отливок из сплавов на основе алюминия и быстро выходили из строя из-за разъедания стальных подвижных деталей камеры прессования. Их применяли главным образом для цинковых сплавов. В 20-х годах нашего столетия производство полностью механизированных и высокопроизводительных машин с гузнеком было освоено американской фирмой «Lester». Впоследствии машины такого типа были вытеснены машинами с холодными   камерами   прессования.

Из  всего многообразия конструкций  машин с горячей камерой прессования наибольшее распространение получили поршневые машины с вертикальной камерой прессования и вертикальной или наклонной плоскостью разъема пресс-формы. В настоящее время изготовляют такие машины с запирающим усилием 2—2500 тс. Машины чаще всего имеют гидравлический привод. Пневматический привод используют для машин с усилием запирания до 100 тс.

    Литье на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования. Расплавленный металл заливается в камеру прессования, расположенную горизонтально по оси машины и перпендикулярно к полости разъема формы, непосредственно

связанную с неподвижной половиной формы. В верхней части камеры имеется окно для заливки металла. При движении пресс поршня металл через питатель заполняет рабочую полость формы.

        После окончания кристаллизации  металла форма раскрывается, и  отливка с пресс остатком выталкивается   пресс – поршнем из неподвижной  части пресс-формы. Как правило,  отливка остается в подвижной  половине пресс-формы, а затем  выталкивается с помощью системы  толкателей, либо сбрасывается в  специальную тару, либо извлекается  захватами манипулятора. При литье  по этой технологической схеме  потери теплоты жидким металлом  и гидравлическое сопротивление  на пути его движения в полость  пресс-формы меньше, чем при литье  на машинах с вертикальной  камерой прессования, в результате  исключение одного из элементов  литниковой системы – литникового  хода. Это позволяет снизить температуру  заливки сплава, уменьшить пористость  отливки и осуществить ее эффективную  подпрессовку после окончания запрессовки.

Отечественное машиностроение выпускает машины с  холодной горизонтальной камерой прессования  с усилием запирания 1000 – 35000 кн. Большая часть современных машин  имеет механизм прессования с  мультипликацией давления рабочей  жидкости в период подпрессовки.

Дальнейшее совершенствование  машин для литья под давлением направлено по пути повышения скоростей движения прессующего поршня с бесступенчатым регулированием скорости на различных этапах заполнения пресс-формы при одновременном снижении гидравлического удара в момент перехода от заполнения к подпрессовке.

Важнейшей предпосылкой дальнейшего повышения количества отливок и эффективности литья  под давлением является создание автоматизированных комплексов гибких производственных систем и роторных линий литья под давлением, гибких автоматизированных производств.

1. Выбор и назначение  способа литья для изготовления 

                                           отливки.                                                                                     

         1.1 Анализ конструкции литой детали.

  Деталь, представленная для  проектирования – Корпус датчика.  Данная деталь имеет простую   геометрическую форму.

 Технологичной называют  такую конструкцию изделия или  составных её элементов (деталей,  узлов, механизмов), которая обеспечивает заданные эксплуатационные свойства продукции и позволяет при данной серийности изготовлять его с наименьшими затратами. Технологичная конструкции характеризуется простой компоновкой, совершенством форм. При наличии отклонений от указанных требований должен быть поставлен вопрос о внесении в конструкцию детали необходимых изменений.

      Отливка Корпус датчика (рисунок 1), изготавливается из сплава АК-12М2 литьем под давлением.  Сущность литья под давлением состоит в том, что в стальную форму под большим давлением и большой скоростью вводится расплавленный металл. При этом происходит мгновенное заполнение всей полости формы любой сложности и конфигурации. Этот метод обеспечивают получением тонкостенных отливок с чистой поверхностью и размерами к готовой детали.

В основном отливки соответствуют по точности 6-му классу, шероховатости поверхности 7-му классу чистоты.

Сплавы, применяемые для литья под  давлением должны отвечать следующим  требованиям:

1. Обладать высокой жидкотекучестью.
2. Не взаимодействовать с полостью пресс-формы.
3. Обладать небольшой усадкой.
4. Обладать малым интервалом кристаллизации.

5. Прочностные свойства при высокой температуре должны быть достаточными.

Рисунок 1 - Корпус датчика

1.2 Классификация отливки.

Для выбора и разработки оптимального технологического процесса изготовления отливок, определения  и назначения норм точности, оценки затрат материалов, энергии, трудозатрат  и т.п. необходимо произвести классификацию  отливки по сложности конструкции, массе, габаритам и т.д.

В литейном производстве отливки классифицируют исходя из  следующих характерных  признаков (присущих всем отливкам):

-применяемого  сплава для их изготовления;

-условий  применения литых деталей и  требований, предъявляемых к ним;

- массы,  габаритов и условий термического  воздействия;

- конструктивно-технологической  сложности изготовления отливок.

             1.2.1. Классификация отливки по  типу сплава 

Данная  литая деталь относится к группе отливок из лёгких цветных сплавов, в частности эта деталь относится  к отливкам из алюминиевых сплавов. Литая деталь изготовлена из сплава АК-12М2.

          Алюминий – основа.

       Основные компоненты:

Мg  -  0,2 – 0,5%;

Si    -  11,0 – 13,0 %;

Mn  - 0,2 –0,6 %.

Cu -1,8 – 2,5%

          Примеси не более:

Fe  - 1.0%;

Zn  - 0.5 %;

Ni  - 0.3 %

Сплавы  на основе Al – Si обладают хорошими литейными свойствами: высокой жидкотекучестью, малой литейной усадкой, пониженной склонностью к образованию горячих трещин.

       Механические свойства сплава АК-12М2.

Предел  прочности  - s_в= 26,5 кг/мм²;

Относительное удлинение – 1,5%;

Твердость по Бриннелю – НВ= 83,4 кг/мм²;

          Физические свойства сплава АК-12М2                              

          Плотность – 2.66-3 г/см³;

Удельное  сопротивление (при 20^оС) – 0.0457 Ом*мм²/м;

Коэффициент теплопроводности – 0.36 ккал/см*сек*^оС.

          Технологические свойства сплава  АК-12М2

Литейная усадка  - 0.5%; жидкотекучесть – 350 мм; герметичность –

высокая; обрабатываемость резанием – удовлетворительная; свариваемость  – хорошая; рабочая температура  детали до 200^оС; температурный интервал кристаллизации 610 – 675 ^оС.

                      1.2.2. Классификация отливки по  массе. 

   За основу классификации  отливок по массе можно взять  классификацию литейных цехов,  принятую для определения производства  литья. Литьё по массе отливок  подразделяют на пять групп:  мелкое, среднее, крупное, тяжелое,  особо тяжелое.

     Граничные значения  по массе литья для определения  той или иной группы зависят  от серийности производства литья.  Причём при крупносерийном и  массовом производстве отливок  граничные значения массы, определяющие  ту или иную группу, на порядок  меньше, чем при индивидуальном  производстве. Литая деталь Корпус  датчика, при крупносерийном производстве  и массе до 10 кг, является мелкой.

                  1.2.3. Классификация по условиям  применения.

   В зависимости от назначения  литых деталей и требований, предъявляемых  к ним (требования указаны в  нормативно-технической документации  и рабочем чертеже детали), отливки  подразделяются на три группы  ответственности: общего, ответственного  и особо ответственного назначения.

     Литая деталь «Корпус  датчика» относится ко 2-ой группе  ответственности -  отливки ответственного  назначения.

1.2.4. Классификация  отливок по конструктивно-технологической  сложности изготовления.

     В основу классификации  отливок по конструктивно-технологической  сложности изготовления взята  классификация, установленная прейскурантом  оптовых цен заготовок. Для  отливок определено шесть групп  сложности. Чем выше численное  значение группы, тем сложнее  отливка.

         Та или  иная группа сложности отливок  определяется по классификационным  признакам девяти факторов сложности,  характерных для всех отливок.  Факторы сложности исходят из  конструкции и условий работы  литой детали. К ним относятся:

         - Сложность  конфигурации поверхности литой  детали;

         - Масса  литой детали;

         - Максимальный  габаритный размер детали;

         - Толщина  основной стенки литой детали;

         - Характеристики  выступов, углублений, отверстий и  т.п. литой детали, выполняемых  литьём.

        - Количество  стержней или вкладышей, используемых  при изготовлении литейных форм  на одну отливку;

        - Наличие и  характер механической обработки  поверхностей отливки;

        - Ответственность  назначения литой детали;

        - Особые технические  требования, предъявляемые к литой  детали.

      По каждому из  девяти факторов сложности отливки  также определено шесть групп  сложности. Та или иная группа  сложности по любому из девяти  факторов определяется по их  классификационным признакам. Общая  же сложность конструкции отливки  является приведённой. Её определяют  сопоставлением групп сложности  каждого из девяти факторов  сложности.

       Граничные значения  классификационных  признаков  по факторам сложности зависят  от применяемого способа литья.  Поэтому группа сложности отливки  назначается для конкретного  способа литья.

        1.2.4.1. Определения  сложности по фактору конфигурации  поверхности.

       Основными классификационными признаками, определяющими группу сложности по фактору конфигурации поверхности литой детали являются:

    - Наличие поверхностей  сложной конфигурации;

    - Наличие выступов, углублений, отверстий и т.п.

    - Наличие полостей открытой, полузакрытой или закрытой форм.

      Отливка Корпус  датчика относится ко 2-ой группе  сложности. 

      1.2.4.2. Определение  сложности по факторам массы  и габаритного размера.

       Группа сложности  по фактору массы определяется  исходя из принципа: чем больше  масса, тем выше сложность.  Граничные значения массы в  каждой группе сложности зависят  от способа литья.

     Отливка Корпус датчика массой 2 кг, относится к 1-ой группе сложности.

      1.2.4.3. Определения  сложности по факторам толщины  стенки, характеристик выступов  и впадин, количества используемых  стержней.

    Группу сложности по  толщине основной стенки определяют  исходя из принципа: чем тоньше  стенки отливки, тем сложнее  её изготовить.

     Отливка Корпус датчика  с толщиной основной стенки  7, 5 мм относится к 4-ой группе сложности.

      Классификация сложности  отливок по характеристике выступов  и углублений в их конструкциях  при литье под давлением за  основу классификации сложности  отливок принято количество углублений, полученных неподвижными частями пресс-формы.   

Отливка Корпус датчика относится  к первой группе сложности.

      1.2.4.4. Определение  сложности по факторам механической  обработки, ответственности и  техническим требованиям.

   Классификация сложности  по характеру механической обработки  основана на количестве и точности  обрабатываемых поверхностей. Данная  Отливка «Корпус датчика»  не  подвергается механической обработке.

      Классификация сложности  отливок по особым техническим  требованиям основывается на  количестве и качестве предъявляемых  требований к отливке. Так как  особые технические требования  к отливке не предъявляются,  то она относится ко 2-ой группе  сложности.

1.3 Обоснование и назначение способа  литья.

     Выбор способа литья  и оформление технологического  процесса изготовления отливки  определяются следующими факторами:

     - Типом сплава, его  температурой плавления, литейными  свойствами; зависимостью его обрабатываемости  от способа литья.

    - Серийностью производства  литой детали;

    - Конструкцией литой  детали, её сложностью, габаритными  размерами, массой, толщиной стенок  и т.п.

    - Особыми требованиями  к параметрам точности литой  детали и соответственно к  параметрам точности отливок.

    - Особыми требованиями  к механическим, химическим и  специальным  свойствам литой  детали (прочность, термостойкость, герметичность и т.п.)

    - Производительными возможностями  литейного цеха –этот фактор очень часто определяет выбор технологического процесса.

    Значительное влияние  на выбор способа литья оказывает  серийность производства отливок.  Очень многие способы литья  ограничены значением 

минимального выпуска отливок. Например, литьё под давлением  применяется только при серийном, крупносерийном и массовом производстве.

      При выборе способа  литья с учётом серийности  их производства необходимо произвести  дополнительный анализ выпуска  других отливок, однотипных по  массе, габаритам и сплаву

    Некоторые способы литья  ограничены в применении литейного  сплава для изготовления отливок.  Например, литьё под давлением   используется в основном для  изготовления отливок из легкоплавких  цветных сплавов (алюминиевых,  магниевых, цинковых  и прочие).

    Большое влияние на  выбор способа литья оказывает  геометрическая форма литой детали, толщина её стенок и развитость  её поверхности . Чем развитее поверхность отливки, тем меньше значение её приведённой толщины R, тем сложнее отливка, тем сложнее её изготовит.

      Способ литья в  свою очередь оказывает существенное  влияние на свойства сплава  отливки, его плотность, газонасыщенность , микроструктуру и т.д.

      Повышенные требования  к точности отливок ограничивают  выбор способа литья. В данном  случае применяют литьё по  выплавляемым моделям, жидкую  штамповку, литьё под давлением.

     Исходя из вышеописанного, для изготовления отливки Корпус  датчика из алюминиевого сплава  АК-12М2, при мелкосерийном  производстве, я выбираю способ литья- литьё под давлением.

        1.3.1. Характерные  особенности способа литья под  давлением.

    Литьё под давлением  является одним из наиболее  совершенных способов массового  производства отливок. При этом  способе достигается хорошая  заполняемость литейной формы,  высокая размерная и поверхностная  точности отливок.

      При литье под  давлением применяется металлическая  форма многоразового использования,  которая называется пресс-формой. Эта форма заполняется расплавов  под действием внешней силы, значительно  превосходящей силу тяжести. Затвердевание  отливки в пресс-форме происходит  при избыточном давлении. Заполнение  пресс-формы расплавом и поддержание  избыточного давления осуществляется  специальным узлом прессования,  который включает в себя камеру  прессования и поршень. Камера  прессования соединена с полостью  пресс-формы литниковым ходом  (целевым питателем).

      Пресс-формы для  литья под давлением представляют  собой сложный и точный инструмент. Для обеспечения необходимой  точности размеров отливки, размеры  рабочих поверхностей пресс-формы  выполняются по 8-ому квалитету, а посадочные размеры сопрягаемых частей- по 8-6-му квалитетам с параметром шероховатости поверхности Ra 2,5- Ra 0,63.

     Технология литья  под давлением отличается очень  коротким циклом и реализуется  в специальных машинах. По устройству  узла прессования машины литья  под давлением могут быть:

     - С вертикальной горячей  камерой прессования;

     - С вертикальной холодной  камерой прессования;

     - С горизонтальной  холодной камерой прессования;

      Машины с горячей  вертикальной камерой прессования  применяются для изготовления  отливок из сплава с низкой  температурой плавления ( цинковые, свинцово- сурмянистые и магниевые сплавы). Преимуществом этих машин является то, что раздаточная печь с устройствами дозирования и запрессовки находится непосредственно в машине. Поэтому их производительность очень высока и достигает 1000-3600 запрессовок в час.

       Технологические  возможности машин с холодной  горизонтальной камерой прессования  более широкие. Эти машины позволяют  получать 

достаточно габаритные, сложные  отливки из сплавов с более высокой

температурой плавления. В основном в машинах этого типа изготавливают  отливки из алюминиевых сплавов, латуней и магниевых сплавов.

      В машинах с  горизонтальной камера прессования затруднительно изготовления крупногабаритных отливок коробчатого типа. Для изготовления отливок данного типа применяют ся машины с вертикальной холодной камерой прессования и центральным расположением литникового хода.

Особенности литья под давления.

   Особенности литья под  давлением обусловлены условиями  заполнения пресс-формы и питания  отливок. Сплав заполняет  пресс-форму  за доли секунды (0,1- 0,6 с) при  скорости до 120 м∕c. При таких условиях заливки только часть газов (воздух и пары смазочного материала) удаляется из формы через венты ( порядка 10-30%). В форме образуется воздушно- металлическая эмульсия, которая затем затвердевает. Поэтому отливки имеют специфический дефект- газовую пористость. Их нежелательно подвергать термообработке.

     Вследствие гидравлического  удара поверхностный слой отливки  ( порядка 0,02- 0,2 мм) получается плотным без газовых раковин. Это необходимо учитывать при назначении механической обработки и припусков на эту обработку.

     В толстых стенках  отливки могут возникать усадочные  раковины. Во избежание их возникновения  толщину стенок отливки при  литье под давлением не рекомендуется  выполнять  выше 6 мм.

     Под действием гидравлического  удара пресс-формы по разъёму  могут разойтись. Это приводит  к разбрызгиванию сплава и  к образованию в дальнейшем  заливов, а также к снижению  размерной точности отливок.

     Для предупреждения  преобразования газовых раковин  в отливках при

литье под давлением могут производиться:

      - Вакуумирование полости пресс-формы и жидкого расплава;

      - Увелечение сечения питателей, чтобы они затвердевали позднее отливки (это позволяет сделать допрессовку жидкого сплава в тело затвердеющей отливки);

      - Заполнение полости  пресс-формы перед началом запрессовки  кислородом ( до полного вытеснения  воздуха); кислород после запрессовки  расходуется на окисление небольшой  части расплава с образованием  оксидов, а основной источник образования газовой пористости- азот – в данном случае отсутствует.