Литейный цех

Оглавление

  ПРИЛОЖЕНИЯ:

       Приложение 1. Чертеж  отливки с нанесенной технологией  ГОСТ 26645-85

       Приложение 2. Чертеж  собранной формы

       Приложение 3. Чертеж  модели и модельной плиты

       Приложение 4. Чертеж  стержневого ящика

 

Введение

1. Роль и значение литейного производства в промышленности.

 

Большинство машин, различного рода сооружений, имеющих широкое использование на земле, изготовлено из металлов. И особое место среди них занимают черные металлы, к которым, главным образом, относятся железо и его сплавы.

Основной металл для литейного  производства - чугун, который является самым распространенным конструкционным  материалом для получения литых  изделий. Доля чугунных отливок в машиностроении составляет от 40 до 80%. Около трех четвертей всех отливок производят из чугунов: серого, легированного, ковкого и высокопрочного, но самый распространенный - серый чугун с пластинчатой формой графита.

Он имеет прекрасные литейные и  антифрикционные свойства, хорошую износостойкость, высокую демпфирующую способность и низкую чувствительность к концентраторам напряжений. Отливки из серых чугунов хорошо обрабатываются резанием.

По сравнению со сталью чугуны обладают лучшими литейными свойствами (жидкотекучесть вдвое больше, а усадка меньше), затраты на выплавку чугуна также существенно ниже, чем стали.

Чугуны склонны к образованию  разнообразных структур, которые  в конечном итоге и определяют те или иные его свойства.

Специальные легированные и белые чугуны обладают высокой твердостью и износостойкостью, широко применяются в металлургической и горнодобывающей промышленности. А чугуны, легированные никелем, хромом, алюминием и кремнием предназначаются для деталей, работающих в условиях высоких температур, агрессивных средах.

Одной из особенностей чугуна является то, что его физико-механические и служебные свойства существенным образом зависят от химического состава и скорости охлаждения отливки. Поэтому эти факторы необходимо постоянно учитывать.

Особое место в машиностроении при получении качественных отливок занимает высокопрочный чугун с шаровидной формой графита (ЧШГ). В последние десятилетия он существенным образом потеснил отливки из стали, особенно в Японии и США. В развитых странах ЧШГ прочно занимает второе место по тоннажу выпущенных отливок после серого чугуна. Используется он в основном в производстве труб под давлением и фитингов, а также в автомобилестроении (снижает массу автомобиля), сельскохозяйственном, дорожно-строительном и общем машиностроении. Нельзя не отметить участие ЧШГ в изготовлении сорто- и листопрокатных валков.

Самым молодым типом чугуна считается  чугун с вермикулярной формой графита (ЧВГ), он обычно применяется  при производстве отливок большой массы и с различной толщиной стенок. ЧВГ дешевле ЧШГ примерно на 20-25%.

Получение качественных отливок из чугуна не может быть осуществлено без правильного выбора плавильного агрегата. В настоящее время основными плавильными агрегатами являются индукционные и электродуговые печи, а также вагранки. [2]

2. Достижения в процессах

 

Применение индукционных печей  в качестве агрегата для плавки и  перегрева чугуна обеспечивает ряд  преимуществ, касающихся и качества  металла, и организации производства. Появляется возможность получения чугуна с более точным химическим составом, с заданными структурой и механическими свойствами. Температура чугуна на различных этапах плавки и при выпуске может регулироваться с высокой точностью (±5°С) в соответствии с заданной технологией, при этом перегрев металла от температуры 1300°С (±5°С) и выше оказывается более экономичным, чем при плавке в вагранке.

Индукционные печи характеризуются высоким КПД при перегреве (до 85%), небольшим угаром легирующих элементов, наименьшим из всех плавильных агрегатов пылегазовыделением, а также возможностью применения защитных атмосфер для ведения технологического процесса.

Индукционные печи обеспечивают гибкость технологического процесса, лёгкую смену  марок чугуна, а интенсивное перемешивание — однородность состава и свойств чугуна.

В индукционных печах можно получать любые марки нелегированных и легированных чугунов. На машиностроительных заводах страны ежегодно скапливается значительное количество чугунной, стальной стружки и других легковесных отходов металлообработки. Индукционные печи позволяют использовать эти отходы и получать практически все марки чугунов при соответствующих подготовке шихты и режимах плавки. Технико-экономические расчеты показывают, что при использовании дешевой шихты, состоящей из стального, чугунного лома и самых дешевых металлоотходов — стружки, высечки и отходов листовой штамповки,  себестоимость жидкого чугуна при плавке в индукционных тигельных печах оказывается ниже ваграночного. Следует отметить, что первостепенное значение имеют технические преимущества плавки в индукционной печи, у экономических же приходящий характер, они зависят от стоимости энергоносителей и шихты. Уже с 2005 г. при возросшей стоимости кокса плавка в индукционной печи становится экономичнее ваграночной. А если учесть самый низкий угар элементов, особенно дорогих легирующих, при плавке в индукционной печи, то её преимущества становятся еще более очевидными не только в сравнении с вагранкой, но и с дуговой печью переменного тока.

Недостатком индукционной печи как плавильного агрегата для чугуна является «холодный» малоактивный шлак с вытекающими из этого последствиями. В этом неоспоримые преимущества имеют дуговые электрические печи. [5]

1.3. Цели и задачи проекта

 

Курсовой проект предусмотрен учебным планом по курсу “Технологическогие основы литейного производства” и полностью отвечает его содержанию, а также включает разделы, проработка которых требует знании спецкурсов “Производство отливок из сплавов цветных металлов” и “Производство отливок из чугуна и стали”.[5]

Цель курсового проекта - систематизация, углубление и закрепление знании и навыков, полученных при изучении курса “Технологические основы литейного  производства”, а также дисциплины “Производство отливок из чугуна и стали” (для специализации “Литейное производство черных металлов и сплавов”) или “Производство отливок из сплавов цветных металлов” (для специализации Литейного производство цветных металлов и сплавов).

Все проектные  разработки должны основываться на применении прогрессивных технологических процессов и быть направлены на снижение материальных трудовых и энергетических ресурсов, повышения производительности труда и улучшение качества отливок, снижение дефектности и брака литья, устранение тяжелого физического труда,  повышение степени механизации и автоматизации технологических операций.[7]

1. Анализ задания.

2.1. Оценка технологичности конструкции  литой детали

 

Технологичность детали – это совокупность свойств, в первую очередь конструктивных, показывающих возможность, целесообразность изготовления отливки методами литья с последующей механической обработкой при минимальных затратах и минимальном негативном воздействии на окружающую среду.

Для изготовления отливки применяется чугун марки  СЧ 20 . Данная отливка относится к отливкам сложного типа и представляет собой  тело вращения, симметричной формы.  Габаритные размеры отливки составляют Ø180х223 мм. Имеет массу 19,9 кг. Отливка обладает хорошей технологичностью для изготовления её способом литья.

Преобладающая толщина стенок отливки составляет приблизительно 14 мм, что обеспечивает хорошее заполнение формы. Также плавные переходы, что гарантирует меньшие напряжения, засоры от формовочной смеси и устранение пригара во внутреннем углу. Более высокую технологичность отливки также обеспечивает устойчивое положение стержня.[4]

2.2. Обоснование и выбор способа  изготовления отливки

 

Литейное производство располагает  большим количеством технологических  процессов производства отливок  широкой номенклатуры из различных  сплавов. Каждая технология позволяет достичь наибольшей эффективности в определенной области.

Отливка изготавливается в условиях среднесерийного производства. Учитывая имеющиеся технологические возможности, а также технологичность и размеры отливки делаем вывод, наиболее целесообразным и рентабельным является способ  изготовления отливки в одноразовые песчано-глинистые формы из низковлажных (до 2,8 %) высокопрочных (более 160 кПа или 1,6 кг/см²) с высоким и однородным уплотнением до твердости не ниже 90 единиц.  Этот способ позволяет получать отливки практически любой конфигурации и  массы с небольшими, по сравнению с другими способами, материальными затратами и характеризуется простотой изготовления форм, удовлетворительной степенью точности и не требует высококвалифицированных кадров.[3]

 

2. Решения технического характера

3.1. Разработка технологии изготовления  отливки

 

Разработанный технологический процесс  изготовления отливки «Корпус» из материала СЧ20 ГОСТ 1412-85, тип производства: массовое, изображен на чертеже.

 

Марка чугуна СЧ20. Химический состав сплава по ГОСТ 1412-85

 

Содержание основных элементов, %			Примеси, % не более
C	Si	Mn	Р	S
3,3-3,5	1,4-2,4	0,7-1,0	0,2	0,15

 

 

Требования по качеству поверхности: R_z=20

1. Выбор поверхность разъема модели и формы.

Разъем модели и формы показывают отрезком или ломаной штрихпунктирной линией, заканчивающейся знаком Х―      ―Х, над которой указывают буквенное обозначение разъема – МФ. Направление разъема показывают сплошной линией, ограниченной стрелками, перпендикулярными к линии разъема

Наиболее оптимальной поверхностью разъема модели и формы является горизонтальная плоскость. Для данной детали поверхность разъема указана на чертеже. Данный выбор обоснован тем, что такая поверхность разъема обеспечивает свободное удаление модели без поломки формы при минимальном количестве стержней и отъемных частей, установка которых на модель и удаление из формы является ручной операцией, снижающей производительность формовочных работ.

2. Назначение допусков и припусков на механическую обработку.

Припуски на механическую обработку  берутся в соответствии с ГОСТ 26645-85.

 

1.Класс размерной точности отливки: 7т- 11 берем 10,

Наибольший габаритный размер отливки  – 223 мм.

Тип сплава – нетермообрабатываемый чугунный сплав

Технологический процесс- литьё в песчано-глинистые сырые формы из низковлажных ( до 2,8% ) высокопрочных ( более 160 кПа или 1,6 ) смесей с высоким и однородным уплотнением до твердости не ниже 90 единиц.

Размерная точность отливки-10

 2.Допуски размеров отливки: 3,6 мм

Допуск на размер берется в зависимости  от класса точности отливки и номинального размера.

 

3. Степень точности поверхности  отливки:9 – 16 берем 10

Берется в зависимости от технологического процесса литья, типа сплава и

наибольшего габаритного размера отливки.

 

4.Ряд припуска на механическую  обработку отливки: 6 – 9 берем 8

Берется по степени точности поверхности  отливки.

 

5.Степень коробления отливки: 7 – 10 берем 8

Степень коробления берется по отношению наименьшего  размера элемента отливки к наибольшему. В данном случае δ=14 мм, l=223 мм => (δ/l)=7/172=0,0045

 

6.Допуск формы и расположения  элементов отливки: 2,0

Берется в зависимости от степени  коробления и номинального размера  нормируемого участка. Для поверхностей симметричных и образованных телом вращения  допуск формы и расположения элементов отливки в зависимости от класса точности отливки и номинального размера.

7.Вид окончательной механической  обработки:

Чистовая механическая обработка.

 

8.Общие допуски элементов отливки: 2,8

Берется в зависимости от допуска размера от поверхности до базы и от допуска

формы и расположения поверхности.

9.Общий припуск: 4,0

Берется в зависимости  от общего допуска элемента поверхности, вида окончательной механической обработки и ряда припуска.

 

10.Класс точности массы отливки:6 – 13 берем 12

Берется в зависимости  от технологического процесса литья, типа сплава и номинальной массы отливки.

Номинальная масса  отливки – 8,0 кг

 

11.Допуск массы отливки: 24,0

Берется в зависимости  от номинальной массы отливки и класса точности массы.

 

12.Допуск смещения отливки по плоскости разъема:1,2

Берется в зависимости  от класса размерной точности отливки  и номинального размера наиболее тонкой из стенок отливки, выходящих  на разъем или пересекающих его.

 

Определение точности отливки. На чертеже отливки (детали) с нанесенными размерами должны быть указаны нормы точности отливки в следующем порядке: класс размерной точности, степень коробления, степень точности поверхностей, класс точности массы и допуск смещения отливки.[3]

Условные обозначения  степени точности отливки.

Класс точности размеров – 10

Степень коробления отливки -8

Степень точности поверхности отливки -10

Класс точности массы отливки - 12

Допуск смещения полу форм  -1,2 мм

Точность отливки 10-8-10-12 См 1,2 ГОСТ 26645-85.

3.Класс точности модельного комплекта назначается в соответствии с таблицей:

 

Класс точность отливок по ГОСТ 26645-85	Класс точности модельного комплекта ГОСТ 3212-92
9,10	5

 

Точность МК5- металл ГОСТ 3212-92

4.Назначение усадки отливки

Усадка – уменьшение объема при понижении температуры расплава – физическое свойство, присущее всем металлам и сплавам.

Отливки при затвердевании и  последующем охлаждении в форме  сокращаются по своим размера. Если форма не препятствует этому, то усадка называется свободной или линейной.

Для данной детали характерна свободная  усадка, так как отливка небольших  размеров и простая по форме. Значение усадки для данного литейного  сплава:

Чугун серый……………………………………………………..1%

Коэффициент объемной усадки в жидком и твердо-жидком состояниях для чугуна принимают  равным

5. Назначение формовочных уклонов и галтелей (ГОСТ 3212-92)

Для облегчения извлечения модели из формы на ее вертикальных поверхностях (перпендикулярных к плоскости разъема) выполняются уклоны.

В данной отливке при выбранной  плоскости разъёма уклоны составляют:

 

Высота h, мм	Формовочный уклон β комплекта
	Металлического
	Град, сек	мм
90	250’	0,75

 

6. Установка границ стержней и знаков (ГОСТ 3606-80) (ГОСТ 3212-92)

Для данной отливки применяется стержень два стержня с 2-мя знаками

Стержни, с помощью которых выполняются  в отливках полости и отверстия, обозначают по определенным правилам. Если полости имеют сложную конфигурацию, то число стержней определяется из условия оптимальных решений на участках формовки, сушки (твердения), отделки и простановки их в формы. Изображают стержни сплошной тонкой линией (допустимо синим цветом), в разрезах наносят штриховку только у контурных линий. Обозначают стержни номерами в порядке простановки их в форму. Разъем стержневого ящика и направление набивки стержня показывают соответственно знаками   ——   и    ↓.

Для данной детали необходимо установить один стержень (Ст1 - вертикальный), с 2-мя знаками. [3]

Высота нижнего вертикального  знака для Ст1 = 35 мм

Высота верхнего горизонтального знака для Ст1= 35 мм

Второй стержень имеет круглую форму.  

 

 

Формовочные уклоны на знаковых поверхностях стержней

Диаметр стержня, мм	Длина стержня, мм	Длина знака, мм	Уклон знаков
			Для низа		Для верха
			Град, сек		Град, сек
34	160	35	10000`	4,5	15000`	8,2
Диаметр стержня, мм	Длина стержня, мм	Длина знака, мм
180	60	40	7000`	5,5	-	-

7. Определение  количества отливок в форме

Масса отливки составляет 19,9 кг. В форме 4 отливок.

3.2. Выбор конструкции  литниково-питающей системы и расчет ее элементов.

Выбор и расчет прибыли, литниковой системы.

Отливка из чугуна СЧ20 в виду малых габаритных размеров и массы, а также в виду отсутствия тепловых узлов установку прибылей не требует.

Расчет элементов литниковой системы с учетом фильтра.

 

Применяем расширяющуюся литниковую систему,  в которой узкое сечение стояк:

F_ст < F_шл <

            Она обеспечивает уменьшение скорости движения расплава от стояка к питателям, это приводит к тому, что металл поступает в полость формы более спокойно, с меньшим разбрызгиванием, меньше окисляясь и размывая стенки формы.[1]

F_ст : F_шл : =1 : 1,2 : 1,4

Прежде всего  рассчитывается площадь самого узкого сечения системы, в данном случае это стояк, после чего определяются площади сечений и размеры всех других элементов:

, 

М – масса  отливки, включая прибыли, кг;

М =  19,9 кг;

- плотность жидкого металла,  кг/м³;

 кг/м³,

- коэффициент расхода литниковой  системы;

 = 0,4,

Н_р – расчетно-статистический напор металла, м;

- продолжительность заполнения  формы (время заливки);

g – ускорение свободного падения, м/с².

n– количество отливок в форме.

Продолжительность времени заполнения формы металлом определяют по эмпирической формуле:

,

где, S – коэффициент,зависящий от рода сплава, условий заливки, типа литейной формы и конструкции литниковой системы, величина безразмерная, экспериментальная. При заливе чугуна в песчаную форму через боковую литниковую систему: S= 1,6,

-  время заполнения полости  формы, с;

δ – преобладающая толщина стенок отливки, мм;

М – масса отливки, кг;

Таким образом подставив все  значения: = 1,6∙ = 10,45 с,

Определение величины напора.

,

Н_ст – Расстояние от оси питателей до верхней кромки формы (высота стояка);

Н_ст =0,20 м,

с – высота отливки в положении заливки;

с  = 0,09 м.,

Н₁ – расстояние от верхней кромки формы до уровня металла в поворотном ковше;

Н₁  = 0,15 м.

0,20 - +0,15=0,305 м,

=11,2 см²

   8) Рассчитываем размеры стояка:

D_ст.в. = = 2· = 3,8 см=38,0 мм,

D_ст.н. = D_cт.в. + 0,01∙Н_ст. = 40,0 мм,

   9) Рассчитываем размеры  литниковой воронки:

D_в.н= D_ст.в=38,0 мм,

h_в. = 2∙D_cт.в. =2∙ 38= 76,0 мм.

D_в.в. = h_в. = 76,0 мм.

   10) Рассчитываем размеры шлакоуловителя:

 F_шл =1,2·F_ст= = 1,2∙11,2= 13,44 см² 

Учитывая что поток металла  в шлакоуловителе разделяется на 2 потока примем:

F_шл /2= 6,72 см²

Ширина нижнего основания:  

                      

 b_н = = мм,

 

Ширина верхнего основания:

b_в = 0,8∙b_н = 18,4 мм,

Высота шлакоуловителя:

h_ш = 1,4∙ b_н = 32,2 мм.

b_н, b_ш, b_в-нижнее,верхнее основания и высота поперечного сечения шлакоуловителя.

   11) Рассчитаем  размеры питателей:

Размеры питателей:

∑F_пит = 1,4∙F_уз = 15,68 см²

Fпит =∑Fпит/к=15,68/8=2,0см²

Толщина питателя:

=0,8 •b_отл= 0,8•14 = 11,2 мм.

Суммарную ширину питателей рассчитывают:

= 15,68/1,12 = 14 см = 140 мм,

Ширину одного питателя определяют из выражения:  

b_пит = мм ,

k-число питателей, которое берется по обобщенным производственным данным:

 

Длину питателей l_п (расстояние между отливкой и шлакоуловителем ) берут из выражения

l_п=(0,5÷0,8)h_шл=0,8·32,2= 25,8 мм.

3.3. Разработка технологии изготовления  разовых песчаных форм.

Изготовление разовых  литейных форм называют формовкой. При  формовке выполняют следующие технологические  операции:

Уплотнение смеси, позволяющие  получить точный отпечаток модели в  форме и придать ей необходимую прочность в сочетании с податливостью, газопроницаемостью и другими свойствами;

Устройство в форме  вентиляционных каналов, облегчающих  выход из полости формы образующихся при заливке газов:

Извлечение модели из формы;

Отделку и сборку, включая установку стержней.

Основную часть форм получают машинной формовкой. Машины позволяют  механизировать две основные операции формовки (уплотнение смеси, удаление модели из формы) и некоторые вспомогательные (устройство литниковых каналов, поворот опок и т.д.). При механизации процесса формовки улучшается качество уплотнения, возрастает точность размеров отливки, резко повышается производительность труда, облегчается труд рабочего и улучшаются санитарно-гигиенические условия в цехе, уменьшается брак.

Процесс изготовления форм в парных опоках на машинах  идет следующим образом. Формовочная  смесь каким-либо транспортным средством (системой ленточных конвейеров или  др.) подается в бункера, установленные  над машинами. Пустые верхняя и  нижняя опоки с места выбивки форм подаются к машинам по рольгангам. Как правило, нижнюю полуформу изготавливают на одной машине, а верхнюю – на другой. На модель с модельной плитой, закрепленную на столе машины, устанавливают опоку, далее с помощью дозатора опоку заполняют смесью из бункера. Затем смесь уплотняют. Готовую форму снимают с машины и подают на приемное устройство, чаще всего рольганг, где полуформу отделывают (устраняют дефекты, делают вентиляционные каналы, а затем транспортируют на сборку. Если форма должна быть высушена, то полуформы направляют в сушило и только после остывания и отделки – на сборку.[3]

Формовочные смеси  готовят из различных песков и  глин.

Единые смеси должны обладать высокими свойствами, потому что они соприкасаются с жидким металлом.

Приготовление формовочных смесей включает следующие операции:

Дозирование;

Перемешивание компонентов;

Увлажнение;

Вылеживание;

Разрыхление.

Пески, поступают сухом состоянии на склад литейного цеха.

Высушенный песок  охлаждается до нормальной температуры  и просеивается с целью отделения комьев, гальки и различных посторонних включений через сита размером 3 – 5 мм. Для этого используются барабанные, конические сита и сита с плоским полотном.

Глину подвергают сушке  в барабанных печах при температуре 200 – 250 ˚С и измельчению в два приема: дробление на куски размером 15 – 25 мм в дробилках и размолу в мельницах до частиц не менее 0,1 мм с последующим просевом на ситах.

Сущность процесса перемешивания состоит в том, чтобы из компонентов получить однородную смесь, все зерна песка которой были бы покрыты тонким, равномерным слоем увлажненной глины или другого связующего. Перемешивание проводят в специальных смесителях, наиболее распространенными из которых являются смешивающие бегуны с вертикальными и горизонтальными катками.

После переработки  в бегунах смеси, содержащие глину, поступают в бункеры-отстойники на вылеживание в течение 2 – 6 ч. Это время необходимо для образования  водных оболочек вокруг глинистых частиц и устранения неравномерности распределения  влаги в смеси.

После бункеров-отстойников  смесь разрыхляют в аэраторах  или дезинтеграторах, что обеспечивает высокую газопроницаемость, и однородность уплотнения смеси в формах.

Состав формовочной  смеси определяется маркой сплава, его температурой перед разливкой, массой получаемых отливок, способом изготовления форм, характером производства.

 С точки зрения  экономии и производительности, лучше получать отливки в сырых  формах. В сырых формах получают  мелкие и средние отливки. В мелкосерийном производстве применяем единые смеси.[2]

Состав формовочной  смеси:

Сплав	Форма	Состав смеси, %
		наполнительной			облицовочной
СЧ 20	Сырая	Песок и глина	Отработанная смесь	Добавки	Песок и глина	Отработанная смесь	Добавки
		10-20	90-80	–	25-50	75-50	0–1 ССБ