Анализ технологичности конструкции детали.

Конструкция детали типа кронштейн должна обеспечивать удобства выполнения операции по её изготовлению, формовке, очистке, обрубке, обработки резанием.

При разработке конструкции отливки необходимо, для лучшего извлечения детали из формы без разрушения, предусмотреть формовочные уклоны, которые выбираются в зависимости от высоты детали, расположения стенок (снаружи или внутри).

Отливка имеет преимущественно равномерную толщину стенок и вероятность возникновения усадочных дефектов не значительна.

Деталь не имеет острых углов и резких переходов от толстых стенок к тонким, но для предотвращения коробления и образования трещин в местах сопряжения вертикальных и горизонтальных стенок необходимо предусмотреть литейные радиусы.

Необходимость в использовании отъёмных частей на модели отсутствует, что положительно влияет на технологичность изготовления форм.

Для изготовления отливки используется лишь один стержень (для получения отверстия диаметром 50мм). Стержень простой формы, что в значительной степени упрощает изготовление формы и её сборку. Так как отливка изготавливается из серого чугуна (сч25), то вероятность образования усадочных дефектов отсутствует.

В целом деталь является технологичной и нет основания изменять конструкцию, чтобы устранить возможные дефекты при изготовлении отливки.

2. Выбор способа изготовления отливки, разработка вариантов формообразования, выбор поверхности разъема и обоснование наиболее технологичного варианта. [1]

Для изготовления отливок типа кронштейн из серого чугуна наиболее оптимальным является вариант литья в сырую песчано-глинистую форму, так как производство данных отливок носит массовый характер. В связи с этим отпадает необходимость использование каких-либо специальных методов литья, которые увеличивают себестоимость детали. Необходимую точность соответствие отливки техническим требованиям можно получить при изготовлении её в разовых песчано-глинистых формах.

При изготовлении данной отливки используется встряхивающий способ уплотнения формовочной смеси с подпрессовкой.

Выбранная поверхность разъёма обеспечивает свободное извлечение модели из формы, позволяет использовать для формирования отверстия в отливке стержень. Поверхность разъёма прямолинейна и не пересекает те части отливки, взаимное смещение которых ограничивается требованиями приёмки данной детали.

3. Разработка чертежа детали с элементами литейной технологии.

3.1. Назначение класса точности размеров и масс, коробления, припусков на механическую обработку. [2]

По ГОСТ 26645-85 «Отливки из металлов и сплавов» в соответствии с приложением 1 определяется класс размерной точности отливки по следующим параметрам: литье в песчано-глинистую форму - наибольший габаритный размер (300мм) - тип сплава серый чугун. Класс размерной точности отливки принимаем -9.

По приложению 2 определяется класс точности массы. Для данной отливки класс точности массы равен 12.

По приложению 3 определяем степень точности поверхности отливки, она составляет 16.

3.2. Выбор допустимых отклонений размеров и масс, коробления, припусков на механическую обработку.

По приложению 5 определяется допуск размеров отливки:

По приложению 6 определяется допуск массы отливки по классу точности массы 12 допуск массы 20%.

По приложению 7 определяется степень коробления отливки. Для данной отливки принимаем степень коробления равной 5.

По приложению 9 определяется припуск на механическую обработку.

По приложению 11 определяем шероховатость поверхности по степени точности 16. Для данной отливки шероховатость поверхности принимаем равной не более 80,0 мкм.

По приложению 12 определяется смещение по плоскости разъёма, равное 0,80мм.

Точность отливки -9-5-16-12 См 0,80 ГОСТ 26645-85

3.3. Назначение формовочных уклонов и литейных радиусов.

Величина формовочных уклонов регламентируется в ГОСТ 3212-92. Величина формовочных уклонов зависит от высоты модели и от материала модели. Величина уклона колеблется от 0°15' до 3°.

Назначенные формовочные уклоны определяем по приложению 13 и принимаем равные на 150мм равными 0°45' по таблице 13 [2], на 40мм равными 1° по таблице 13 [2].

Литейные радиусы отливки составляют 2 - 5 мм.

3.4. Определение границ стержней, уклонов, знаков, зазоров.

Конструкция знаков, зазоров, конструктивное оформление стержня выполнены в соответствии с ГОСТ 3606-80.

Отливка имеет один стержень в виде тела вращения. Стержень занимает фиксированное горизонтальное положение, не деформируется под собственной массой и от действия жидкого металла.

Длинна опорных знаков согласно таблице 14 [2] составляет 30мм.

Величина зазора между знаком формы и стержня определена по таблице 19 [2] и равны S1=0.25мм, ρ=0.25мм, S3=2мм.

По приложению 16 длина нижних вертикальных знаков составляет 35 мм.

По приложению 17 длина верхних вертикальных знаков составляет 20 мм.

По приложению 18 определяем уклоны знаков моделей и стержневых ящиков: для нижних вертикальных знаков составляет α = 7°, для верхних вертикальных знаков составляет β = 10°.

По приложению 19 определяем величину зазора между знаком формы и стержня, которая равна S1 = 0,25 мм, S2= 0,25 мм, S3= 2 мм.

3.5 Технические требования к отливке.

Все технические требования на отливку приведены на листе КП40461806-150204-1.11-10-01

4. Выбор и обоснование способов уплотнения форм и стержней, марок формовочных и стержневых машин, рецептур смесей, определение габаритов опок.

Выбор способа уплотнения зависит от габаритов, конфигурации отливки и от высоты модели. Для разрабатываемого технологического процесса выбран способ уплотнения - встряхивание с подпрессовкой, так как высота модели верха 75 мм и высота модели низа составляют 75 мм.

Для изготовления полуформ выбрана литейная формовочная встряхивающая машина с подпрессовкой. Степень уплотнения форм зависит от количества ударов, высоты опоки и свойств формовочной смеси. Наибольшая плотность при встряхивании получается в точках на плоскости разъема, а также в верхних и нижних точках отпечатка от модели.

Для выравнивания уплотнения по высоте нижней полуформы необходимо использовать допрессовку для нижней полуформы. При этом достигается высокая средняя плотность формы 1,7г/см3, снижается неравномерность уплотнения и улучшается уплотнение в сложных карманах.

Наиболее прогрессивным способом уплотнения стержней в условиях массового производства является пескодувный способ, который и выбран для данного технологического процесса.

Для образования в отливке отверстия диаметром 50мм необходимо использовать стержень.

Для встряхивающего способа уплотнения форм выбран следующий состав:

песок 2К₂О₂02 6,5-8 %

формовочная глина КП1Т1 3-5,5 %

отработанная смесь до 100 мас,%

Физико-механические свойства формовочной смеси:

влажность 4,5-5,6%;

газопроницаемость не менее 80-100ед;

прочность на сжатие 50-60 кПа.

Для пескодувного способа уплотнения стержней выбран следующий состав:

Песок 2К₂О₂02 до 100 мас, %

ЛСТ 3 мас, %

КО или УСК 2 мас, %

Песок КО16А до 100мас. %

Стержни следует подвергнуть тепловой сушке в вертикальных сушилах. Физико – механические свойства стержневой смеси:

Влажность 1.5-2.5 %

Сырая прочность на сжатие 5-8 кПа

Сухая прочность на разрыв 10 – 12 * 10⁵ Па

Газопроницаемость не менее 100-120 ед.

Габариты опоки определяются габаритными размерами отливок в форме, расположением и размерами литниковой системы, размерами стержневых знаков. Определение размеров опоки в свету производится с учетом минимального расстояния от стенки опоки до модели, между моделью и контрладом.

Из справочной литературы согласно рекомендациям [2] расстояние между стенкой опоки и моделью должно быть 20 – 40 мм. (для отливок массой до 50кг).

По ГОСТ 14979-69 выбрана опока с размерами в свету 800x700x150 мм, материал опоки - чугун марки не ниже СЧ 15. Масса опоки 76кг. Опока имеет три ряда вентиляционных отверстий. В местах сопряжения ребер, цапф, ушек со стенками опок, а так же на радиусах опок вентиляционные отверстия не выполняются. Основные технические требования на опоку выполнить по ГОСТ 8909-95.

Механическую обработку отверстий в приливах, в которых сверлятся отверстия для установки штырей, осуществить в кондукторах, изготовляемых по ГОСТ 21028-75.

Типы размеров центрирующих и направляющих втулок для опок выбраны по ГОСТ 15019-89.

Втулка центрирующая 0290-1051 ГОСТ 15019-89.

Втулка направляющая 0290-1251 ГОСТ 15019-89.

Материал втулок, устанавливаемых в чугунную опоку - сталь 15Л. Поверхность втулок необходимо цементировать на глубину 0,8 - 1,2мм до твердости HRC 45-52.

Посадку для втулок применить H7/h 7.

Размер штырей выбрать с корректировкой для размеров втулок, материал сталь- Л15.

В соответствии с размерами опоки выбрать модельную плиту, плита 0280-1371/002 ГОСТ 20107-94. Технические требования на плиту по ГОСТ 20131-94.

5. Обоснование подвода питания отливки, расчет литниковых систем. [3]

Литниковая система состоит из воронки, стояка, шлакоуловителя, питателей. Питатели подводятся к наиболее массивным частям отливки, чтобы избежать в этих частях усадочных раковин. Для того чтобы шлак не попал в отливку, при заливке чугуна предусмотрены шлакоуловители.

Подвод литниковой системы к полости формы осуществляется по плоскости разъема полуформ к массивной стенке отливки.

5.1. Расчет литниковой системы.

∑Fпит. = Q/0.317*M*t* , где

Q – масса жидкого металла в форме

M- коэффициент расхода литниковой системы

t – время заливки формы

Нр – рачетный статический напор метала в форме

Q = 4Qотл + 0.15*4Qотл = 4*19.96 + 15*79.84 = 91.8 кг.

µ = 0.35

t = S*√Q

S = 2.2

t = 2.2*√91.8 = 21 c

Hp = H₀- (p²/2c)

где Н₀- начальный напор металла,см

р- часть отливки от питателя до верхней части отливки

с – полная высота отливки

Hp = 15-7.5²/30 = 13.125см

∑Fпит = 91.8/0.31*0.35*21*√13.125 = 11.12см²

площадь одного питателя

Fпит = 11.12 / 8 =1,4 см²

∑Fпит: ∑Fшл: ∑Fст = 1: 1,5: 2

∑Fшл = 16,7 см², Fшл = 8,35 см²

∑Fст = пD_cm2/4; Fст = 2*åFпит = 2*11.12 = 22.24 см²

D_cm = √4*Fст/π = √4*22.24/3.14 = 5.3 см; D_cm принимаем 54 мм.

Сечения элементов литниковой системы представлены на листе КП40461806-150204-1.11-10-01

6. Разработка конструкций модели, модельных плит и стержневого ящика

Основой для разработки является чертеж с элементами литниковой системы.

6.1. Разработка конструкций моделей.

В массовом производстве для машинной формовки следует использовать металлические модели, что обеспечивает более точную и гладкую поверхность; модели не деформируются при хранении.

Изготовление деревянной промодели следует вести по чертежу детали, на котором нанесены элементы литейной технологии. Промодель изготовить с учетом двойной усадки – металла модели и металла отливки по =3,0% усадочному метру.

Готовую деревянную промодель окрасить по ГОСТ 1743 – 67.

По деревянной промодели изготовить из алюминиевого сплава Al – 3В рабочую промодель с припуском только на зачистку.

6.2. Разработка модельных плит.

Выбранную модельную плиту 0280 – 1371/002 ГОСТ 20107-74 изготовить из чугуна СЧ18 ГОСТ 1412-85. отливки деталей модельных плит не должны иметь трещин, усадочных раковин, рыхлот, снижающих их прочность. Плиты подвергнуть отжигу для снятия внутренних напряжений. Шероховатость поверхностей отливок деталей модельных плит должно быть не грубее R_z 80 ГОСТ 2789 – 73.

Крепление моделей на плитах осуществить шрифтам и болтами в соответствии с ГОСТ 20340 – 74 – 20342 – 74.

Модельная плита верха представлена на листе КП40461806-150204-11-10-02 СБ, спецификация приложение 1.

6.3. Разработка конструкции стержневого ящика

Пескодувный ящик состоит из следующих элементов: двух половин корпусов, ручек, бронирующих пробок, вент, броневых пластин, вдувных втулок, центрирующих штырей, конструкция которых регламентируется ГОСТ 19367 – 74.

Стержневой ящик предназначен для изготовления стержней на пескодувной машине модели 2Б83.

Габаритные размеры ящика, расчет количества вдувных втулок производить из соотношения: 100 – 120г. смеси поступает ящик через 1 см² сечения втулки, следовательно число втулок определяется из соотношения

N= m_cm/(100-120)*f, где

m_cm- масса стержня;

f – площадь втулки

р – плотность уплотняемой смеси, 1,6 г/см³

m_cm= V*p = ((пd_cm²)/4)*H_cm*p = ((3,14*3,8²)/4)*14,5=263гр

f= ((пd_cm²)/4

N=263/120*3,14=2 втулки

Принятое число втулок 2 на один стержень.

Втулки диаметром 20 по ГОСТ 19385 – 94

Число вент опрелделить из соотношения

F_вент=0,8-1,2*∑F_{вент —} площадь вент

∑ F_вент- 1,0*8,2=8,2см^{2 -} суммарная площадь втулок

По ГОСТ 19395- 80 принимаем венты D_вент =8, D₁=5.5, D₂=6,0

Количество пазов = 4, высота =8

f= ((пd²)/4=3.14*0.8²/4= 0.5

n = 8.2 / 0.5 = 16 вент

В стержневом ящике установить 16 вент

Использовать венты D_вент=8 мм по ГОСТ 19935-94, изготовляемые из антифрикционного сплава на цинковой основе по ГОСТ 7117 – 73.

На против вдувных втулок установить бронирующие вставки. Вставка 0292 – 1331 ГОСТ 19401 – 94, вставку изготовить из стали 45 ГОСТ 1050 – 88, HRC 40 – 45.

Для алюминиевого сплава принять толщину стенки равную t= 9 мм.

Для создания жесткости предусмотреть ребра жесткости ГОСТ 19370 – 94. Толщина ребра

S = (0,6 -0,8) * t = 6 – 7 mm. Уклон ребра 1-3⁰.

По плоскости разъема предусмотреть фланец. Ширина фланца

F = 2,5t – 17mm, а высота фланца 0,5 F = 10 mm

Фланец армировать стальной пластиной по всей поверхности.

Для фиксации двух половин ящика использовать нерегулируемые штыри

(по ГОСТ 19404 – 84).

Для предотвращения коробления корпус ящика подвергнуть отжигу.

Стержневой ящик представлен на листе КП40461806-150204-11-10-04 СБ, спецификация приложение 3.

7. Описание собранной формы.

Сборку формы производить в следующей последовательности: в полу форму низа вручную установить стержень в знаковую часть формы. Полуформы низа и верха соединить с помощью центрирующих штырей. Вывод газов из формы осуществляется через знаковые части стержня.

Форма заливается серым чугуном (сч25) при температуре заливки 1320-1340°С. Время заливки формы 21 секунда.

Форма в сборе представлена на листе КП40461806-150204-1.11-10-03 СБ, спецификация приложение 2.

8. Расчет массы груза.

Заливаемый металл поднимает вверх полу форму, для этого ее нагружают. Груз рассчитывается по формуле

Q= Pм-G,

Где Q- масса груза,

Pм- сила действующая на верхнюю полу форму

G- противодействующая сила.

Предварительно рассчитывают силу, действующую на верхнюю полуформу:

Рм = F*h*ρ

F – площадь проекции отливки, 4дм²

H – напор расплава, 1,312 дм

Ρ – плотность жидкого чугуна, 7кг/дм³

Рм = 4*1,312*7 = 36,7кг

Так как отливок в опоке 4 штуки, то

Рм = 36,7*4 = 145кг

Для учёта гидравлического удара значение Рм увеличивают на 30%

Рм = 145+43,5 = 188,5кг

Тогда как масса опоки, формовочной смеси и стержня составляет:

Q = Qст + Qфс + Qоп

Qст = 0,263кг

Qфс = 122,6кг

Qоп = 76кг

Q = 0,263 + 122,6 + 76 = 199кг.

Тогда: Рм – Q = Мгр = 188,5 – 199 = -10,5 кг, следовательно груз не нужен.

9. Расчет продолжительности охлаждения отливки.

Время охлаждения отливки определяется длиной охладительной ветви и скоростью движения охладительного конвейера и определяется по формуле:

τохл = МФR²,

где Т_охлв. полная продолжительность охлаждения в мин;

R - половина толщины или радиус элемента в см;

М - коэффициент материала, зависящий только от материала отливки и формы, для цилиндра он равен 0,76;

^Тохл = 40 мин.

В результате проведенных расчетов принять время охлаждения отливки от момента заливки до температуры выбивки 400°С равным 40 мин.

10. Описание технологических операций выбивки, очистки, обрубки.

Выбивку отливки из формы производить в интервале температур 300-400°С на выбивной решетке, там же удалять стержни из отливок. Остатки не выбитых стержней удалять при последующих операциях.

Для удаления литниковой системы и поверхностной очистки используется галтовочный барабан непрерывного действия. После галтовочного барабана происходит визуальный контроль явных дефектов литья: раковины, недоливы, трещины и т.д..

Затем детали подаются на термическую обработку, которая заключается в низкотемпературном отжиге для снятия внутренних напряжений, для предотвращения коробления, стабилизации размеров детали.

Температура нагрева равна 500-600°С со скоростью 70-100°С/час. В зависимости от конфигурации детали выдерживают 2-8 часов. Затем следует медленное охлаждение с печью 20-50°С/час до 250°С. Конечная структура практически не изменяется и остается перлито-ферритная. После термической обработки отливки поступают на вторичную очистку в дробильную камеру, для очистки от пригара и окалины, затем отливка проходит на заточку заусенцев и удаление частей литниковой системы. Потом отливки проходят контроль на соответствие геометрическим размерам.

Разработанный технологический процесс представлен следующей технологической документацией / 4 /:

1. Титульный лист по форме 2 ГОСТ 3.1105-84................................приложение 4.

2. Карта эскизов отливки по форме 7 ГОСТ 3.1105-84.....................приложение 5.

3. Карта эскизов стержня по форме 7 ГОСТ 3.1105-84.....................приложение 6.

4. Карта эскизов формы в сборе с литниковой системой

по форме 7 ГОСТ 3.1105-84.................................................................приложение 7.

5. КТИ литья в песчаные формы по форме 2

ГОСТ 3.1401-85.....................................................................................приложение 8.

6. МК литья в песчаные формы по форме 1 б

ГОСТ 3.1118-82.....................................................................................приложение 9.

7. КТИ изготовления стержней по форме 4

ГОСТ 3.1401 -85....................................................................................приложение 10.

8. МК изготовления стержней по форме 2 ГОСТ 3.111 8-82...........приложение 11.

Список используемой литературы

1. Н.Г. Гиршович. Справочник по чугунному литью. Л.: Машиностроение, 1978.-758с.

2. Н.А. Осипова, Н.А. Кидалов. Учебное пособие по выполнению курсового проекта дисциплины «Технология литейного производства»: Волгоград 2009.-79с.

3. Н.А. Осипова, НА. Кидалов. Расчет литниковых систем для отливок из чугуна: учеб. пособие/ ВолгГТУ. – Волгоград, 2007.-40с.

4. Н.А. Осипова. Правила оформления документов на технологические процессы литья в песчаные формы. Методические указания. Волгоград. 1989.-48с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: