Технологический процесс изготовления отливки
КУРСОВАЯ РАБОТА
Содержание
Введение …………………………………………………………………………….
Введение
Цель курсовой работы – систематизация, углубление и закрепление знаний и навыков, полученных при изучении курса.
Основными задачами курсовой работы являются:
– анализ исходных данных для разработки работы;
– оценка технологичности конструкции детали;
– выбор возможных вариантов проектных решений на основе изучения источников технической информации и их анализа;
– технологические расчеты, связанные с принятым техническим решением;
– графическое оформление проектируемого технологического процесса;
– выполнение работ, регламентируемых стандартами;
– оформление пояснительной записки с описанием проектных решений, технологических расчетов и разработок.
– конструирование пресс-формы и разработка технологического процесса для получения годной отливки в условиях массового производства.
Отливку будем изготавливать методом литья под поршневым давлением из сплава ЦАМ4-1. Основные технологические решения направлены на уменьшение трудоемкости изготовления отливки.
1 Технологический процесс изготовления отливки.
1.1 Оценка технологичности конструкции отливки и выбор способа литья.
Деталь «кронштейн» имеет массу 0,620 кг. Преобладающая толщина стенки детали 5 мм, габаритные размеры: 120 ´ 60 ´ 80 мм.
Конструкция детали технологична. Конфигурация и расположение полостей и поверхностей, подвергаемых обработке, удовлетворяют основным требованиям литейной технологии.
В условиях массового производства, учитывая материал отливки (сплав ЦАМ4-1), наиболее целесообразно и экономически выгодно выполнять отливки методом литья в металлическую форму под давлением.
Данный метод литья имеет следующие преимущества:
– повышенная размерная точность отливок;
– высокая производительность процесса;
– многократность использования литейных форм;
– возможность автоматизации процесса;
– возможность получения стабильной плотности и структуры отливок;
– возможность получения высоких механических и эксплуатационных свойств;
– позволяет успешно решить задачу максимального приближения литой заготовки по конфигурации и размерам к готовой детали.
Несмотря на недостатки (высокие трудоемкость изготовления и стоимость металлической формы, повышенная склонность к возникновению внутренних напряжений в отливке вследствие затрудненной усадки, газоусадочная пористость, вследствие которой отливки нельзя термически обрабатывать) метод литья под давлением полностью удовлетворяет получению необходимого качества отливки и является наиболее оптимальным.
1.2 Выбор оптимальной поверхности разъема формы.
Наиболее оптимальной поверхностью разъема формы является плоскость, обозначенная на чертеже отливки. Выбор такого разъема дает следующие преимущества:
– обеспечивается минимальное количество стержней;
– отливка после раскрытия формы остается в пуансоне;
– обеспечивает направленное вытеснение газов из формы.
1.3 Выбор допусков и припусков на механическую обработку.
- Для технологического процесса литья в металлическую форму под давлением. Для цветного сплава. Для наибольшего габаритного размера отливки 120 мм назначаем класс размерной точности 5.
- Для 5 класса точности назначаем допуски размеров отливки:
Номинальные размеры, мм |
30 |
80 |
Допуски размеров отливки, мм |
0,36 |
0,56 |
- Для выбранного технологического процесса, типа сплава, наибольшего габаритного размера 120 мм назначаем степень точности поверхностей отливки 4.
- По степени точности поверхностей 4 назначаем ряд припусков на обработку отливки 2.
- Степень коробления элементов отливки назначаем равной 4.
- По степени коробления 4 назначаем допуск формы и расположения элементов отливки:
Номинальные размеры, мм |
30 |
80 |
Допуски формы и расположения элементов отливки, мм |
0,24 |
0,24 |
- Назначаем вид окончательной механической обработки – отсутствует.
- Точность обработки отливки и припуски отливки средние.
- Назначаем общие допуски элементов отливки:
Номинальные размеры, мм |
30 |
80 |
Общие допуски элементов отливки, мм |
0,36 |
0,70 |
- Для выбранного технологического процесса, типа сплава, номинальной массы отливки 0,690 кг назначаем класс точности массы отливки 3.
- Для номинальной массы отливки 0,690 кг, класса точности массы отливки 3 назначаем допуск массы отливки 2,0 %
2. Расчет процесса заполнения формы и питания отливки
2.1 Выбор литниковой системы.
Для изготовления отливки целесообразно применить внешнюю литниковую систему т.к. проще производить операции по ее отделению. Конструкция отливки не позволяет осуществить внутренний подвод металла. Внешний подвод металла позволяет создать направленное заполнение формы и ее вентиляцию, а также возможность изготовления двух и более отливок в форме.
2.2 Выбор места подвода питателей.
Подвод металла будет осуществляться как указанно на чертеже отливки;
Такой подвод металла обеспечивает:
– предотвращение лобового удара струи о стенки, стержни, выступы, вызывающие завихрения в потоке;
– последовательное вытеснение воздуха и продуктов разложения смазочного материала через вентиляционные каналы.
– избегать встречи потоков расплава в форме
Заполнение формы осуществляется двумя питателями, который подводится к стенке толщиной 60 мм. [4]
2.3 Выбор машины литья под давлением.
Для проведения расчета литниковой системы необходимо выбрать машину литья под давлением.
Масса отливок с литниковой системой составляет 1,380 кг. Площадь проекции отливок с литниковой системой на подвижную плиту формы составляет 78,5 см2.
Характеристики машины литья под давлением с горячей камерой прессования.
Усилие запирание пресс-форм
Ход подвижной плиты
Расстояние между колоннами по горизонтали и вертикали в свету 420 мм
Толщина формы:
наименьшая
наибольшая
Масса заливаемой порции цинкового сплава
Наибольшее усилие прессования
Количество позиций заливки 1
Смещение позиций заливки вниз
Время одного двойного хода подвижной плиты, не более 3,5 с
Наибольшее число циклов в час при непрерывной работе 500
Площадь проекции отливок в плоскости разъема формы, см2:
наименьшая
наибольшая
Усилие выталкивания отливки
Наибольший ход гидровыталкивателя
Габариты машины
Длина×высота×ширина
Вес машины
2.4 Проверка правильности выбора машины.
Линейные размеры, а, следовательно, и площадь проекции отливки на подвижную плиту формы ограничиваются мощностью и размерами крепежных плит машин.
Зависимость максимально допускаемой площади проекции отливки с литниковой системой от мощности машины на закрытие выражается формулой:
0,85 Рзап = Руд. пр. Fпр.,
где Рзап – усилие запирания машины (берется из технического паспорта на машину);
Руд. пр. – удельное давление в камере прессования (берется из технического паспорта на машину );
Fпр. – площадь проекции отливки с литниковой системой на подвижную плиту формы
Fпр=78,5 см2
0,85 – коэффициент, обеспечивающий прочное закрытие формы, т.е. противодавление в форме Руд. пр. ·Fпр. всегда должно быть меньше мощности машины на закрытие формы. [4]
Площадь проекции конкретной отливки с промывниками и литниковой системой Fпр не должна превышать величины, взятой из паспорта машины
0,85 · 630000 = 40·106·0,00785
0,536·106 >> 0,314·106
Условие выполняется, выбранная машина нам подходит.
2.5 Расчет литниковой системы.
2.5.1 Расчет площади сечения питателя.
Расчет площади питателя ведем по формуле:
где mотл – масса отливки;
ρме – плотность металла;
k – коэффициент зависящий от конфигурации отливки и вида сплава. [4]
При дисперсионном режиме заполнения формы толщину питателя выбираем равной 1,5 мм.
Ширина и длина питателя рассчитывается как
2.5.2 Расчет площади сечения литника
Рассчитываем площадь сечения литника в самом узком месте по формуле
Ю. А. Степанова[4]:
При этом глубина aл и ширина bл литника рассчитываются по эмпирическим формулам[4]:
2.5.3 Расчет диаметра камеры прессования.
Диаметр камеры прессования Дпр должен быть не меньше минимального допустимого значения, определяемого из условия не раскрытия пресс-формы при запрессовке;
где n1 – коэффициент, зависящий от скорости прессования (1.0…2.75);
Рпр и Рзап – усилия прессования и запирания машины;
Fпр – площадь проекции отливки с литниковой системой на плоскость разъёма пресс-формы;[4]
Диаметр камеры прессования, в соответствии с комплектностью машины стаканами, принимаем 30 мм.
2.6 Расчет порции сплава,
заливаемого в камеру
Порция сплава, заливаемого в камеру прессования, определяется по объемам отливки (Vотл), литников с промывниками (Vл.с.) и пресс-остатка (Vп.о).[4]
Vм = Vотл + Vл.с. + Vп.о., см3
Vотл=m/ρ=690/6,3=109,5 см3
Vл.с.=( 1,6·0,3·1,3)·4=2,4 см3
Vп.о.=15 % · Vотл+л.с.=0,15·11,9=16,78 см3
Vм = 109,5 + 2,4 + 16,78 = 128,68 см3
По известному объему расплава, заливаемого в камеру прессования, определяем его массу:
M = Vм·ρм=128,68·6.3=810,7 г
При изготовлении 2-х отливок, массу металла, заливаемого в камеру прессования, увеличиваем в два раза: М=1621,4г.
2.7 Расчет необходимой скорости прессования.
где – минимально необходимая скорость прессования;
– половина преимущественной толщины тела отливки;
– масса металла в форме;
– диаметр камеры прессования;
– плотность сплава;[4]
Коэффициент К зависит от марки сплава, плотности металла и температуры формы (табл. 2.25 пособие № 1321). Учитывая все эти факторы коэффициент К принимаем равным 3.0.
2.8 Расчет времени запрессовки.
где δ – преимущественная толщина стенки отливки
К – коэффициент затвердевания
2.9 Расчет усилия запирания формы.
где Fпр – площадь проекции отливки с литниковой системой на плоскость разъёма пресс-формы;
Руд. пр. – удельное давление в камере прессования (берется из технического паспорта на машину );
– поправочный коэффициент для машины с вертикальной камерой прессования (0,5–0,6);
– скорость прессования;
– плотность металла;
– модуль упругости расплава;
– плотность рабочей жидкости, например, масла;
– скорость распространения звуковой волны в жидкости механизма прессования, примерно 1000…1200 м/с.[4]
Из расчета видно, что усилия запирания машины вполне достаточно для плотного запирания формы.
2.10 Выбор давления прессования.
Рекомендуемое давление прессования, учитывая толщину стенки отливки, конфигурацию отливки и тип сплава (по табл. 2.27 пос. № 1321), составляет 60 МПа. Давление определяется исходя из сплава и толщины стенки отливки.
Для уменьшения усадочной пористости осуществляется подпрессовка в конечный момент прессования, для чего используют механизмы прессования с мультипликацией давления на расплав в камере прессования машины.
3 Разработка конструкции пресс-формы.
3.1 Конструкция пресс-формы.
Пресс-форма имеет две рабочие полости для получения отливок, стержни для выполнения двух отверстий, системы каналов для подвода расплава в рабочую полость (литниковую систему) и отвода воздуха и газов из полости формы (вентиляционную систему), а также системы толкателей для выталкивания отливки из пресс-формы и системы для извлечения стержней.
Кроме основных деталей, пресс-форма имеет ряд вспомогательных крепежных деталей, конструкции и размеры которых определяются стандартами. Формообразующие детали являются наиболее ответственными, так как они соприкасаются с жидким расплавом и наиболее сильно подвергаются термическим и механическим нагрузкам. К формообразующим деталям относятся вкладыши, вставки, литниковая втулка, рассекатель, стержни и выталкиватели.
Конструктивные детали служат для установки формообразующих деталей в подвижной и неподвижной полуформах, обеспечения их точного взаимного расположения и направления, а также для крепления пресс-формы к машине. К этим деталям относятся неподвижные плиты-обоймы, плиты подкладные и прижимные, плиты выталкивателей, бруски, постаменты, контртолкатели, направляющие колонки, направляющие втулки, упоры и др.
Детали механизмов пресс-формы входят в приводы стержней, выталкивателей, контртолкателей. Они должны обеспечивать перемещение без перекосов всех подвижных частей пресс-формы в условиях повышенной температуры, а также обеспечивать стабильное положение формообразующих деталей во время запрессовки жидкого металла. К деталям механизмов относятся ползуны, втулки, фиксаторы и замки.[4]
Пресс-формы для литья под давлением деталей из цветных сплавов соответствуют требованиям ГОСТ 19946-74.
Узлы и детали пресс-форм изготавливаются в соответствии с требованиями ГОСТ 19933-74…19945-74.
3.2 Устройство для извлечения стержней.
Стержни, которые требуется извлекать из полости формы, имеют размеры: 80 мм и диаметр, равный 14,5 мм, располагаются в пуансоне; расстояние, на которое необходимо удалять стержни равно 40 мм.
Для извлечения стержней используем клиновые механизмы, состоящие из клина-пальца и ползуна. Использование таких механизмов позволяет совместить раскрытие пресс-формы и удаление стержней. Поскольку применение клиньев рекомендуется при удалении стержней на расстояние до 40 мм, их использование является наиболее рациональным при изготовлении данной отливки. Угол наклона клина к продольной оси машины должен быть не более 25о. Рабочая длина определяется по формуле:
где S – ход бокового стержня, мм;
C – добавочный ход бокового стержня, принимается равным 3…5 мм;
– угол наклона клина, принимается равным 10…25о
Диаметр клина может быть рассчитан по формуле:
где – предел прочности на изгиб, 250…500 МПа;
Р – усилие, воспринимаемое клином– пальцем, равное силе обжатия стержня отливки, рассчитанное по формуле:
S – площадь поверхности отливок, которая обжимает вставку, см²
р – усилие обжатия, 100…200 кг/см2
– литейный уклон; – коэффициент трения 0,36 для цинковых сплавов.
3.3 Исполнительные размеры
рабочей полости литейной формы
Размеры отливки по сравнению с размерами рабочей полости формы уменьшаются на величину усадки. Поэтому рабочая полость формы с учетом расширения в результате нагрева и нанесения защитного покрытия должна иметь размеры, больше размеров отливки на величину усадки, а точнее на 1,0 %.
Габаритные размеры металлической формы для литья под давлением выбираем согласно ГОСТ 19933-74:
L= 360 мм, L1= 415 мм
B= 360 мм, В1= 415 мм
H= 320 мм
hматрицы= 50 мм
hпуансона= 50 мм
A= 250 мм
A1= 310 мм
Масса формы = 690 кг
3.4 Нагрев и охлаждение пресс-формы.
Перед началом заливки форма должна быть нагрета до 150…180° С. Рабочая температура формы поддерживается в течение всего процесса литья, не допускается перегрев формы. Нагрев формы осуществляется с помощью газовых горелок.
Система терморегуляции включает датчики для измерения температуры пресс- формы в заданных местах – термопары .[6]
3.5 Материал для изготовления пресс-формы.
Материалы формообразующих деталей не должны вступать в физико-химическое взаимодействие с расплавом, должны обладать высоким сопротивлением термоциклическим нагрузкам, высокой твердостью, вязкостью и прочностью при нагреве, малым коэффициентом термического расширения, хорошо обрабатываться, мало деформироваться при термической обработке. Такими свойствами обладают специальные стали, легированные вольфрамом, хромом, никелем, молибденом, ванадием. Конструктивные детали пресс- формы изготовляются из конструкционных сталей 35, 40, 40Х, 45.[3]
Для придания необходимых служебных свойств формообразующие детали пресс-формы подвергаем термической и химико-термической обработке – низкотемпературному цианированию на глубину 0,05…0,2 мм.
Детали |
Марки стали |
HRC поверхности |
Вкладыши, вставки, стержни, рассекатели, втулки литниковые. Плиты-обоймы, ползуны, рейки, втулки стержней. Плиты подкладные. Колонки, направляющие, контртолкатели. Втулки ползуна, втулки стержней |
5XНМ
40Х 45
У10А
40Х |
58…62
30…34 –
50…55
48…52 |
3.6 Выбор состава смазки для формообразующей поверхности
пресс-формы и способ ее нанесения.
Для предохранения рабочей поверхности пресс-форм от налипания и эрозионного воздействия расплава, уменьшения трения при извлечении стержней и облегчения извлечения отливок на рабочую поверхность наносим жирную смазку (Прессол Э-1) .
3.7 Проектирование вентиляционной системы пресс-формы.
Глубина вентиляционных каналов составляет 0,1 мм.
Выбор делается исходя из режима заполнения, места расположения вентиляционных каналов, скорости прессования и состояния сплава во время запрессовки (табл. 2.28 пособие № 1321).
4. Технология плавки и разливки сплава.
4.1 Шихтовые материалы.
Состав сплава ЦАМ4-1:
Легирующие элементы, % |
Примеси, % не более | |||||||
Al |
Cu |
Mg |
Pb |
Fe |
Sn |
Cd |
Si |
∑ |
|
3.5-4.3 |
0.75-1.25 |
0.02-0.06 |
0.01 |
0.05 |
0.002 |
0.005 |
0.015 |
0.082 |
Расчет шихты
Шихтовые материалы |
Цена р/т |
Элементы |
Примеси | |||||||||
Al |
Cu |
Mg |
Pb |
Fe |
Sn |
Cd |
Si |
Zn | ||||
не более | ||||||||||||
Отходы |
Х1 |
5500 |
4 |
1 |
0.04 |
0.01 |
0.05 |
0.002 |
0.005 |
0.015 |
94.2 | |
А85 |
Х2 |
6300 |
99.85 |
0.01 |
– |
– |
0.08 |
– |
– |
0.06 |
– | |
Мг96 |
Х3 |
8000 |
0.006 |
0.002 |
99.96 |
– |
0.004 |
– |
– |
0.004 |
– | |
М1 |
Х4 |
6100 |
– |
99.9 |
– |
0.005 |
0.005 |
0.002 |
– |
– |
– | |
Ц1 |
Х5 |
6200 |
– |
0.002 |
– |
0.02 |
0.01 |
0.001 |
0.01 |
– |
99.95 | |
Угар, % |
1 |
0.7 |
2.5 |
0.7 |
– |
– |
<0.2 |
1 |
Отходы – возврат собственного производства
А85 – технический алюминий (ГОСТ 11069-74)
Мг 96 – первичный магний (ГОСТ 804-72)
М 1 – медь (ГОСТ 859-78)
С учетом угара состав сплава изменяется и соответствующие расчеты дают следующие содержание элементов в сплаве.
Al, % |
Cu, % |
Mg, % |
Pb, % |
Fe, % |
Sn, % |
Cd, % |
Si, % | |
3.54-4.34 |
0.76-1.26 |
0.021-0.062 |
<0.01 |
<0.05 |
<0.002 |
<0.005 |
<0.015 | |
Ограничения:
5500X1+6300X2+8000X3+6100X4+
4X1+99.85X2+0.006X3>3.54
4X1+99.85X2+0.006X3<4.34
X1+0.01X2+0.002X3+99.9X4+0.
X1+0.01X2+0.002X3+99.9X4+0.
0.04X1+99.96X3>0.021
0.04X1+99.96X3<0.062
0.01X1+0.005X4<0.01
0.05X1+0.08X2+0.004X3+0.005X4<
0.002X1+0.002X4<0.002
0.005Х1<0.005
0.015Х1+0.06Х2+0.004Х3<0.0015
X1=0.65
X1+X2+X3+X4+Х5=1
Результаты расчета:
X1=0.65000 X2=0.12499 X3=0.00021 X4=0.01261 X4=0.21219
4.2 Выбор плавильной печи, технология плавки.
Плавка сплава ЦАМ4-1 проводится в индукционной тигельной печи.
Плавка цинка и сплавов на его основе
ввиду их низкой температуры плавления
не представляет особых затруднений. Для
плавления применяют различные по конструкции
печи. В цехах литья под давлением плавку ведут в тигельных
печах в чугунных тиглях. Цинк легко окисляется.
Высокая химическая активность компонентов
сплава обусловливает образование на
поверхности расплава пленки шпинели
ZnAl204. В процессе загрузки шихты и перемешивания
оксидная пленка разрушается, обрывки
ее замешиваются в расплав. Обогащению
расплавов оксидными пленами в большей
мере способствует использование некомпактных
шихтовых материалов (литников, стружки,
сплесов). Для снижения интенсивности
окисления плавку цинка и его сплавов
ведут под покровом древесного угля.