Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Литейное производство. 2

Содержание

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

1 Характеристика сплава..................................................................................................

2 Анализ технологичности детали...........................................................................................

3 Выбор положения отливки в форме.....................................................................................

4 Плоскость разъема модели и формы.............................................................................

5 Припуски на механическую обработку, формовочные уклоны, определение количества стержней, их границ и размеров знаков................................................................

6 Технологические расчеты:

6.1 Расчёт прибылей......................................................................................................

6.2 Расчет литниково - питающей системы..............................................................................

6.2.1 Расчёт времени заливки литейной формы.............................................................

6.2.2 Выбор типа литниковой системы и определение ее элементов ..............................

6.2.3 Расчёт коэффициента расхода.................................................................................................

6.2.4 Расчёт минимального сечения элемента литниковой системы...........................

6.2.5 Расчёт минимальной длины шлакоуловителя, определение интервала

размеров и вида, удаляемых шлаковых включений..............................................

6.2.6 Определение геометрических размеров элементов литниковой системы........

6.2 Расчет времени затвердевания и охлаждения отливки в форме..........................

6.3 Расчет нагружения формы......................................................................................

6.4 Расчет нижней полуформы на прочность..............................................................

7 Выбор опок для изготовления литейной формы.................................................................

8 Расчет шихты и выбор плавильного агрегата.................................................................

9 Обоснованный выбор способа формовки и технологии изготовления стержней......

10 Выбор составов формовочных и стержневых смесей....................................................

11 Описание технологических цепочек изготовления формы и стержней.......................

12 Режим ТО и описание структуры сплава до и после ТО...............................................................

13 Возможные виды брака и меры их предупреждения ...................................................................

14 Список использованной литературы ...............................................................................................

ПРИЛОЖЕНИЯ

1. Спецификация №1 (на чертеж литейной формы)

2. Спецификация №2 (на модельную плиту)

3. Спецификация №3 (на стержневой ящик)

4. Технологические расчеты по литейной гидравлике

Введение

Значение литейного производства в народном хозяйстве чрезвычайно велико ; почти все машины и приборы имеют литейные детали.

Литье является одним из старейших способов, которым еще в древности пользовались для производства металлических изделий : в начале из меди и бронзы а затем из чугуна , а позже из стали и др. сплавов.

В 1868 году на Мальцевских заводах впервые были стальные фасонные отливки.

Основными процессами литейного производства являются : плавка металла, изготовление форм, заливка металла и охлаждение, выбивка, очистка, обрубка отливок, термическая обработка и контроль качества обработки.

Основной способ изготовления отливок - литье в песчаные формы, в который получают около 80% отливок. Однако точность и шероховатость поверхности отливок, полученных в песчаных формах, во многих случаях не удовлетворяют требованиям современного машиностроения.

Литейное производство позволяет получить заготовки сложной конфигурации с минимальными припусками на обработку резанием и с хорошими механическими свойствами. Технологический процесс изготовления механизирован и автоматизирован, что снижает стоимость литых заготовок. Достижения современной науки во многих случаях позволяют коренным образом изменить технологический процесс, резко увеличить новые высокопроизводительные машины и автоматы. Что в конечном счете помогает улучшить качество продукции и повысить эффективность производства.

1 Характеристика сплава

Химический состав:

Углерод(С) – 0,32-0,4%

Кремний (Si) - 0,20-0,52

Марганец (Mn) – 0,4-0,90

Фосфор (P) - не более 0,04

Сера (S) - не более 0,045

Назначение - корпуса и обоймы турбомашин, станины прокатных станов, бабы паровых молотов, задвижки, вилки, кронштейны и другие детали, работающие под действием средних статических и динамических нагрузок. Сталь применяют в улучшенном состоянии и после поверхностного упрочнения ТВЧ..

Технологические свойства:

Свариваемость - ограниченно свариваемая.

Склонность к отпускной способности - не склонна;

Флокеночувствительность - не чувствительна.

Механические свойства:

Предел кратковременной прочности σв= 500 МПа

Предел текучести σт = 280 МПа.

Ударная вязкость - 48 кДж/см²

Относительное сужение – 25 %

Относительное удлинение – 15 %

Физические свойства:

Коэффициент теплопроводности – 53 В/(м*К)

Плотность материала – 7600 кг/м.куб.

Удельная теплоемкость материала – 470 Дж/(кг·град)

Удельное электросопротивления – 172 Ом*м

Линейная усадка 2,2 %.

2 Анализ технологичности отливки

Технологичной называют такую конструкцию изделия или со-
ставных ее элементов (деталей, узлов, механизмов), которая
обеспечивает заданные эксплуатационные свойства продукции и
позволяет при данной серийности изготовлять ее с наименьшими
затратами. Технологичная конструкция характеризуется просто-
той компоновки, совершенством форм. Конструкция отливки должна обеспечить удобство извлечения модели из формы, что достигается наименьшем количеством разъемов модели, отъемных частей и стержней. При наличии отклонений от указанных требований должен быть поставлен вопрос о внесении в конструкцию детали необходимых изменений.

Отливка «Основание» технологична, так как она согласуется с принципом направленного затвердевания, также обеспечивается удобство извлечения модели из формы. Отливку получаем литьем в песчано-глинистые сырые формы.

3 Выбор положения отливки в форме.

Основной задачей при выборе положения отливки во время заливки, заключается в получении наиболее ответственных ее поверхностей без литейных дефектов.

Отливка "Основание" может изготавливаться разными способами.

Отливка может быть расположена вертикально с применения стержней (рис.1-б) и горизонтальное расположение с применением стержней (рис.1-а). При вертикальном расположении усложняется технология формовки, что является недостатком этого варианта изготовления. Выбираем вариант с горизонтальным расположением отливки в форме, так как выбранное положение должно обеспечить возможность проверки размеров полости формы при сборке, а также надежное крепление стержней и такое расположение благоприятствует питанию их металлом верхних прибылей, а также позволяет сократить расход формовочной смеси из-за уменьшения высоты формы, так как данное расположение обеспечивает малую высоту формы.

а) горизонтальное расположение б) вертикальное расположение

Выбрано положение а, так как оно наиболее технологично и рационально.

4 Выбор разъёма модели и формы

Поверхность соприкосновения верхней и нижней полуформ называется поверхностью разъема формы. Она необходима для извлечения модели из уплотненной формовочной смеси и установки стержней в форму.

Поверхность разъема может быть плоской и фасонной.

Выбор разъема формы определяет конструкцию и разъемы модели, необходимость применения стержней, величину формовочных уклонов, размер опок и т.д. При неправильном выборе поверхности разъема возможно искажение конфигурации отливки, неоправданное усложнение формовки, сборки.

Особенность разъема формы у отливки «Основание»:

- поверхность разъема формы и модели плоская, что наиболее рационально с точки зрения изготовления модельного комплекта;

- модель отливки не имеет отъемных частей;

- такое расположение обеспечивает простоту выемки модели из формы;

- форма и модель имеют одну поверхность разъема - плоскую горизонтальную, удобную для изготовления и сборки формы;

5 Припуски на механическую обработку, формовочные уклоны, определение количества стержней, их границ и знаков.

5.1 Припуски на механическую обработку

Припуски на механическую обработку даются на всех обрабатываемых поверхностях отливки. Величина припуска зависит от положения поверхности при отливке, способа формовки и чистоты обработки поверхности, а также от величины отливки и самой обрабатываемой поверхности.

При машинной формовке ввиду большей точности литья припуски на обработку даются меньшие, чем при ручной формовке. Наибольшие припуски предусматриваются для поверхностей, которые при заливке обращены вверх, так как они больше всего засоряются неметаллическими включениями.

Требования по точности отливки для всех сплавов регламентируется по ГОСТ 26645-85.

Таблица 5.1 Припуски на механическую обработку.

номин. размер

класс точности

степень коробле-

ния

отклон. коробления

отклон. смеще-

ния

допуск

припуск

ряд припусков

Æ102

7/3

0,1

0.6

1.6

3,2

5.2 Формовочные уклоны

Формовочными называют уклоны, которые придаются рабочим поверхностям литейных моделей для обеспечения свободного извлечения их из форм или освобождения стержневых ящиков от стержней без разрушения в том случае, если конструкция детали не предусматривает конструктивные уклоны. Величина уклона зависит от высоты стенки, материала модели и от способа формовки.

5.3 Определение количества стержней, их границ и знаков.

Литейными стержнями называют элементы литейной формы, изготавливаемые отдельно от полуформ по специальной (как правило) оснастке и предназначенные для получения в отливке отверстий и полостей, которые не могут быть получены от модели. Стержни, как правило, ставят в форму после сушки, чтобы увеличить их прочность и уменьшить газотворность.

Предварительно необходимо определить возможность выполнения отверстий в процессе получения отливки и тех частей отливки, которые не могут быть получены с помощью модели. Число стержней, служащих для оформления полости отливки, её отдельных элементов и элементов литниковой системы, определяю с учетом серийности выпуска отливок.

Точность фиксации стержня в форме обеспечивается размерами
и конфигурацией его знаковых частей, которые назначают по
ГОСТ 3212-92 с учетом размеров стержня, способа формовки и
его положения в форме.

Первый стержень (вертикальный):

Формовка «по - сухому»

Высота стержня 98 мм, диаметр стержня сверху D =141 мм и диаметр стержня снизу 102 мм

Высота знака равна hн = 35 мм, hв = 35 мм

Формовочные уклоны на знаковой поверхности: a = 10°, b = 15°

Значения зазоров S1 и S2 : S1 = 0,6 мм, S2 = 0,6 мм, S3=0,9

Второй стержень (горизонтальный):

Длина стержня L = 30 мм, диаметр стержня – 100 мм

Длина знака равна = 35 мм

Формовочные уклоны на знаковой поверхности: a = 6°, b = 8°

Значения зазоров: S1 = 0,4 мм, S2 = 0,4 мм, S3 = 0.6 мм

6 Технологические расчёты

6.1 Расчёт прибылей

Расчет прибылей (метод Пржибыла)

На данной отливке устанавливаем две прибыли - закрытые

6.2 Расчёт литниково-питающей системы

6.2.1 Расчёт времени заливки литейной формы

Расчёт металлоёмкости формы:

G = 1.2 · n · (Gотл + Gприб1 + Gприб2) (6.5)

где G_отл=10,33 кг, масса отливки;

n = 2 шт., количество отливок в форме.

Получаем:

G = 1.2 · 1 · (10,33 + 0,4 + 8,28) = 45,62 кг

Время заполнения

(6.6)

где S=1,6 , коэффициент, учитывающий толщину стенок отливки;

δ = 30 мм, толщина стенки отливки, мм.

Получаем:

Определяем скорость подъёма уровня металла в форме по формуле:

(6.7)

где Нотл=98 мм, высота отливки;

τ= 17,764 с, время заливки.

Получаем:

6.2.2 Выбор типа литниковой системы и определение ее элементов

В соответствии с принятой горизонтальной схемой формовки принимаем подвод металла в форму по разъёму формы.

Такой подвод металла обеспечивает заполнение нижней части отливки сверху, а верхней части отливки снизу. Данная литниковая система удобна при выполнении её в форме.

Литниковую систему проектируем из воронки, стояка, шлаковика, зумпфа и 4 – х питателей.

6.2.3 Расчёт коэффициента расхода

(6.8)

где Σξi – местные сопротивления литниковой системы.

Местные сопротивления состоят из следующих составляющих

1) Потери из-за углов поворота. Принимаем угол поворота между стояком и шлакоуловителем 90 º, а также между шлакоуловителем и питателями по 90º получаем, что ξпот 1.1•1+1,1·4=5,5 (учитываем один шлакоуловитель и 4 питателя).

2) Резкие изменения сечений каналов. Учитывая соотношение для мелких и средних стальных отливок имеем:

∑Fпит: Fшл: Fc=1.4:1.2:1 - расширяющаяся литниково - питающая система

Отсюда получаем, что при каждом изменении сечения соотношение площадей элементов литниковой системы меняется примерно 0,8 .

Получаем ξпот=0.15·5 (т.к. происходит 5 изменений сечений)

3) Потери на трение о стенки канала

ξпот = λ,·L/D, (6.9)

где L – длина канала (Lшл=0.36 м; Lпит=0.04)

D – гидравлический диаметр.

Определяем гидравлический диаметр в шлакоуловителе:

(6.10)

где Re=1000 - коэффициент Рейнольдса;

h=0.15 м, высота стояка;

ρж=7200 кг/м³ – плотность жидкого металла.;

ν=0,006/ρж=0,000000 8333– кинематическая вязкость;

θ = (1-(r/R)^2)=0.0002

Получаем по формуле (6.10):

Определим гидравлический диаметр в питателях:

(6.11)

Получаем по формуле (6.9):

Рассчитываем коэффициент потерь на трение λ ( он зависит от режима течения расплава) :

λ = 64/ Re=64/1000=0.064

Для шлакоуловителя потери о стенки составляю

(6.12)

Получаем по формуле (6.10):

Для питателя потери о стенки составляют:

(6.13)

Получаем по формуле (6.11):

6.2.4 Расчёт минимального сечения элемента литниковой системы

Для стальных отливок характерна расширяющаяся литниковая система, то есть ΣFст < ΣFшл < ΣFпит или Fmin = ΣFcт

(6.14)

где G=45,62 кг, масса металла, заливаемого в форму;

τ=17,76 с, продолжительность заливки;

μ=0.335 - коэффициент расхода;

ρ=0.0072 кг/см³, плотность заливаемого металла;

g=980 см/с² ускорение свободного падения;

Нр – средний металлостатический напор металла в форме, см.

Расчётный металлостатический напор зависит от положения отливки в форме и её размера и определяется по формуле:

(6.15)

где Нс=15 см, высота стояка от места подвода металла в форму;

р=5 см, высота отливки от места подвода металла в форму.

H₀=9,8 см, высота отливки

По формуле (6.15) получаем:

Получаем по формуле (6.14):

6.2.5 Расчёт минимальной длины шлакоуловителя, определение интервала размеров и вида, удаляемых включений

Определяем скорость всплывания шлаковой частицы:

(6.16)

где g =9.8 м²/с, ускорение свободного падения;

ρм=7200 кг/м³, плотность жидкого металла;

ρш=2500 кг/м³, плотность шлаковой частицы;

d=0,0025 м, диаметр шлаковой частицы, м;

с=1, коэффициент, зависящий от коэффициента Рейнольдса.

Получаем по формуле (6.12):

Определяем длину шлакоуловителя до первого питателя.

Время всплытия частички неметаллического включения:

(6.17)

где h=0.024 м, высота шлакоуловителя;

ω=0.145 м²/с, скорость всплытия шлаковой частицы.

Время течения жидкого металла в шлак:

(6.18)

где Lш – длина шлакоуловителя до первого питателя;

V – скорость течения жидкого металла.

В первом приближении можно принять:

(6.19)

Из уравнения (6.15) имеем:

Lш/V≈ h/ω

Учитывая, что

(6.20)

где μ=0.335 коэффициент расхода;

g=9.81 м/с² ускорение свободного падения;

Н=0.15 м, высота стояка.

Получаем:

(6.21)

Отсюда имеем:

6.2.6 Определение геометрических размеров элементов литниковой системы

Для мелких стальных отливок рекомендуется соотношение:

∑Fпит: Fшл: Fc=1,4:1.2:1 (6.22)

Выбираем незамкнутую литниковую систему и рассчитываем размеры:

а) Питатели

ΣFпит=1,4·6,5 см²=9,1

Fпит=10,89 /4 =2,27

Форма сечения питателей – трапеция

а = 25 мм; b = 20 мм; h = 10 мм

б)Шлакоуловитель

Fшл = 1,2· ΣFпит=1.2 · 6,5 =7,8 см²

Форма сечения шлакоуловителя – трапеция

а = 36 мм; b = 29 мм; h = 24 мм

в)Стояк

Площадь сечения стояка в нижней части:

Fс.н. = ΣFпит = 6,5 см²

Определяем диаметр стояка в нижней части:

Принимаем диаметр стояка в верхней части, т.е. в месте соединения с литниковой чашей равным 35 мм. [5]

6.3 Расчёт времени затвердевания и охлаждения отливки

Время охлаждения отливки складывается из 3-х этапов:

τ1 – время снятия теплоты перегрева, с;

τ2 – отвод скрытой теплоты кристаллизации, с;

τ3 – время охлаждения до Твыб, с.

6.3.1 Время снятия теплоты перегрева

, (6.23)

где G=45,62 кг, масса отливки;

С1=690 Дж/(кг·К) , теплоёмкость сплава в твёрдом состоянии;

Тпер=1550 ºС, температура перегрева;

Тлик=1500 ºС, температура ликвидус;

То=20 ºС, температура окружающей среды;

F=0,534 м², площадь поверхности отливки контактирующей с

литейной формой;

(6.24)

β – коэффициент теплоотдачи, Вт/К.

где λ=1.04 Вт/м·К, коэффициент теплопроводности материала

формы;

δ=0.075 м, средняя толщина стенки формы

Используя формулу (6.23) получаем

По формуле (6.23) определяем время снятия теплоты перегрева:

6.3.2 Отвод скрытой теплоты кристаллизации

(6.25)

где Сэф – эффективная теплоёмкость, Дж/(кг·К);

Тсол=1450 ºС, температура солидус.

, (6.26)

где L=268000 Дж/кг, удельная теплота кристаллизации.

По формуле (6.26) получаем:

Определяем по формуле (6.25) время отвода скрытой теплоты кристаллизации:

6.3.3 Время охлаждения до температуры выбивки.

, (6.27)

где С2=840 Дж/(кг·К), теплоёмкость сплава в жидком состоянии;

Тв=500 ºС, температура выбивки отливки.

По формуле (6.27) получаем:

6.3.4 Общее время затвердевания и охлаждения.

τобщ = τ1 + τ2 + τ3 = 138+179+3077=3400 с = 56 мин

6.4 Расчёт нагружения литейной формы

На литейную форму действуют силы:

1) Сила со стороны жидкого металла;

2) Сила Архимеда на стержень (действует только на горизонтальные стержни)

Условие для определения веса груза:

Fт > Fме·К,

(6.30)

где Fт – сила тяжести, Н;

Fме – сила, действующая со стороны жидкого металла, Н;

К=1,3 ...1,5, коэффициент запаса (принимаем К=1,4).

Определяем силу, действующую со стороны жидкого металла:

(6.31)

где ρ=7200 кг/м³, плотность жидкого металла;

g=9, 81 м/с², ускорение свободного падения;

h=0, 032 м, расстояние от крайней верхней точки отливки до

верха опоки;

Fп – площадь внутренней поверхности литейной формы

спроецированной на плоскость разъёма (с учётом литниковой

системы), м².

Находим Fп по следующей формуле:

Fп = Fотл+Fпит+Fшлак, (6.32)

где Fотл, Fпит, Fшлак – площади внутренней поверхности

отливки, питателей и шлакоуловителя, спроецированных

на плоскость разъёма, м².

Литейное производство. 2 📙 Курсовая → 🆔 116970