Министерство образования Российской Федерации

Сибирский государственный индустриальный университет

Кафедра литейного производства

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по технологии литейного производства

Выполнил: ст. гр. МЛА-97

Карпинский А.В.

Руководитель проекта: доцент, к.т.н.

Передернин Л.В.

Новокузнецк 2000

Задание на курсовой проект

Содержание проекта

Задание на курсовой проект 2

Содержание проекта 3

1.1.Обоснование способа формовки 6

1.2.Обоснование положения детали в форме при заливке 8

1.3.Обоснование выбора поверхности разъема формы и модели 9

1.4.Обоснование величины усадки и припусков на механическую обработку, уклонов, галтелей 10

1.5.Определение конструкций и размеров знаков стержней. Проверка знаков на смятие 12

1.6.Расчет литниковой системы 16

1.7.Расчет размеров прибылей и холодильников 23

1.8.Обоснование применяемой оснастки 27

1.9.Расчет размеров опок, массы груза 30

1.10.Выбор формовочных и стержневых смесей 33

1.11.Режим сушки форм и стержней 38

Карта технологического процесса 39

Список литературы 41

2. Графическая часть

2.1. Чертеж детали с элементами литейной формы и отливки

2.2. Чертеж модельной плиты верха в сборе

2.3. Разрез формы и вид на нижнюю полуформу с установленными в

нее стержнями

1. Обоснование способа формовки

Формовка – это процесс изготовления разовых литейных форм. Это трудоемкий и ответственный этап всего технологического цикла изготовления отливок, который в значительной мере определяет их качество. Процесс формовки заключается в следующем:

• уплотнение смеси, позволяющий 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 формы, включая установку стержней.

В зависимости от размеров, массы и толщины стенки отливки, а также марки литейного сплава его заливают в сырые, сухие и химические твердеющие формы. Литейные формы изготавливают вручную, на формовочных машинах, полуавтоматических и автоматических линиях.

Так как данная отливка имеет вес менее 500 кг, то отливку будем заливать по-сырому 4, с.22. Заливка по-сырому является более технологичной, так как отпадает необходимость в сушке форм, что значительно ускоряет технологический процесс.

В условиях серийного производства можно использовать как ручную, так как и машинную формовку. Для изготовления данной отливки применим машинную формовку. Машинная формовка позволяет 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 улучшается санитарно-гигиенические условия в цех, уменьшатся брак.

В качестве формовочной машины применим машину импульсного типа. В такой машине уплотнение смеси происходит за счет удара воздушной (газовой) волны. Сжатый воздух под давлением (610)*10⁶ Па с большой скоростью поступает в полость формы. Под действием удара воздушной волны формовочная смесь уплотняется в течение 0.02-0.05 с. Оставшейся воздух удаляется через венты. Верхние слои формовочной смеси уплотняют подпрессовкой.

При использовании обычных песчано-глинистых смесей поверхностная твердость формы достигает 89-94 единиц. Максимальное уплотнение смеси соответствует разъему полуформы. Улучшение технологических параметров литейной формы повышает геометрическую точность отливок, снижает брак, улучшает санитарно-гигиенические условия труда за счет полного устранения вибрации и шума.

2. Обоснование положения детали в форме при заливке

Основной задачей при выборе положения отливки во время заливки, заключается в получении наиболее ответственных ее поверхностей без литейных дефектов. При выборе положения отливки в форме руководствуемся следующими рекомендациями:

• учитываем принцип затвердевания отливки: отливку располагаем массивными частями вверх, и устанавливаем над ними прибыли;

• основные обрабатываемые поверхности и наиболее ответственные части отливки располагаем вертикально;

• данное положение обеспечивает надежное удержание стержней в форме во время заливки, имеется возможность проверки толщины стенок отливки при сборке формы;

• тонкие стенки расположены снизу и вертикально по заливке, что благоприятно при заливке стали, путь металла к тонким частям самый короткий.

3. Обоснование выбора поверхности разъема формы и модели

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.

Выбранная поверхность разъема формы удовлетворяет следующим требованиям:

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

• стержень располагается в нижней полуформе, при этом отпадает необходимость в подвешивании стержня в верхней полуформе, облегчается контроль за их установкой в форму, уменьшается возможность повреждения околознаковых частей;

• уменьшаются затраты на обрубку и зачистку отливки;

• позволяет сократить расход формовочной смеси из-за уменьшения высоты формы, так как данная поверхность разъема обеспечивает малую высоту формы;

• модель отливки не имеет отъемных частей.

4. Обоснование величины усадки и припусков на механическую обработку, уклонов, галтелей

Усадкой называется свойство металлов и сплавов уменьшать свой объем при затвердевании и охлаждении. Вследствие этого модель должна быть несколько больших размеров, чем будущая отливка. Уменьшение линейных размеров отливки в условиях определенного производства называют литейной усадкой. Ее величина для каждой конкретной отливки зависит от марки сплава, от ее конфигурации и устройства формы.

Для средних отливок из углеродистой стали (сталь 35Л) литейная усадка равна 1.6% 4, с.40, табл.5.1.

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.

Определение припусков по ГОСТ 26645-85 7.

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. Для машинной формовки металлические модели имеют уклон 0.5-1. Принимаем 1 6, с.222.

Галтелями называются закругления внутренних углов моделей для получения в отливке плавного перехода от одной поверхности к другой. Они улучшают качество отливки, способствуют равномерному ее охлаждению, уменьшают опасность появления горячих трещин в местах пересечения стенок и предотвращают осыпание формовочной смеси в углах формы при извлечении из нее модели. Благодаря правильно выполненным закруглениям наружных и внутренних стенок удается избежать возникновения усадочных раковин. Применение галтелей повышает усталостную прочность отливок в условиях работы при значительных знакопеременных нагрузках.

По требованию, указанному на чертеже, величина галтелей 23мм.

5. Определение конструкций и размеров знаков стержней. Проверка знаков на смятие

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.

Стержневые знаки служат для обеспечения правильного и надежного фиксирования стержня в форме и удаления из него газов во время заливки.

При проектировании стержней необходимо:

• определить границы стержней и их количество;

• выбрать или рассчитать размеры знаковых частей и определить величину зазоров между знаками формы стержней;

• обеспечить прочность за счет выбора соответствующего состава стержневой смеси или установки каркасов;

• выбрать способ изготовления, показать плоскость разъема стержневых ящиков и направление набивки;

• разработать систему вентиляции.

При конструировании стержней руководствуемся следующими соображениями:

• стержень располагается в нижней полуформе, так как на установку и крепление стержня в верхней опоке затрачивается в 5-6 раз больше времени, чем в нижней;

• избегаем односторонне посаженых стержней, для чего пользуемся приемом дублирования стержней; при этом исключается возможность их смещения под действием собственной массы или напора металла;

• конструкция формы исключает фиксирование одних стержней в знаках других, так как при этом суммируются ошибки их установки.

При изготовлении отливки данной детали используем один дублированный стержень:

Основные размеры стержня: L = 235мм, a = 704мм, b = 184мм.

Длина горизонтального знака из 8, с.3, табл.1 равна 80мм, что явно недостаточно для устойчивости дублированного стержня. Руководствуясь пунктом 3.4 ГОСТ 3606-80 увеличим длину знака до 240мм.

Формовочные уклоны на знаковой формообразующей поверхности:

 = 6,  = 8 8, с.9, табл.5.

Значения зазоров S₁, S₂ и S₃ 8, с.12, табл.6:

S₁ = 0.6мм, S₂ = 0.6мм, S₃ = 0.5* S₁ = 0.9мм.

Радиус скругления (переход от основной к знаковой формообразующей поверхности): r = 5мм 8, с.16, табл..

Для получения гнезд под подшипники рассчитаем выступы на дублированном стержне:

Для нижних по заливке: высота знака h = 35мм 8, с.8, табл.4,

Для верхних по заливке: высота знака h₁ = 0.4*h = 0.4*35 = 14мм 8, с.9.

Формовочные уклоны на знаковой формообразующей поверхности:

 = 7,  = 10 8, с.9, табл.5.

Значения зазоров S₁ и S₂:

Для нижних знаков: S₁ = 0.3мм, S₂ = 0.4мм 8, с.12, табл.6.

Для верхних: S₁ = 0.2мм, S₂ = 0.4мм 8, с.12, табл.6:

Радиус скругления: r = 23мм 8, с.16, табл..

При формовке по-сырому для предотвращения разрушения кромок формы при установке стержней ГОСТом 3606-80 рекомендуется выполнять противообжимные пояски для горизонтальных стержней: a = 12мм, b = 2 мм.

Проверка знаков на смятие

Нижний знак.

Прочность смеси на сжатие:

, (1)

где P – реакция на опоре, кг,

; (2)

где S_н.зн. – опорная поверхность нижнего знака, см²,

n – количество знаков в нижней полуформе, n = 5.

Масса стержня:

G_ст = V_ст * _ст, (3)

где V_ст – объем стержня, г/см³,

(4)

_ст – плотность стержневой смеси, _ст = 1.65г/см³.

G_ст = 95637.166 * 1.65 = 157801.32г.

Опорная поверхность нижнего знака:

(5)

Тогда:

- условие выполнено.

Верхний знак.

, (6)

где S_в.зн. – опорная поверхность верхнего знака, см²,

(7)

где P_ст – подъемная сила, действующая на стержень, г,

m – количество знаков в верхней полуформе, m = 5.

P_ст = V^*_ст* (_м - _ст) –V_зн*_зн, (8)

V^*_ст – объем стержня, на который действует подъемная сила,

V_зн - объем стержня, на который не действует подъемная сила, см³,

(9)

(10)

P_ст = 52300.7*(7 – 1.65) – 43336.466*1.65 = 208303.576г,

P₁ = 208303.576/5 = 41660.715г;

Опорная поверхность верхнего знака:

(11)

Тогда:

- условие выполнено.

6. Расчет литниковой системы

Назначение литниковой системы

Литниковая система (л.с.) должна обеспечить спокойную, равномерную и непрерывную подачу металла в заранее определенные места отливки.

Конструкция л.с. должна создавать условия, препятствующие засасыванию воздуха потоком металла.

Л.с. должна задерживать все неметаллические включения, попавшие в поток металла.

Одной из важнейших функций л.с. является заполнение формы с заданной скоростью: при очень большой скорости заливки происходит размыв стенок формы и каналов самой л.с., а при слишком медленной заливке – значительное охлаждение металла и образование спаев, неслитин, недоливов.

Л.с. должна способствовать выполнению принципа равномерного или направленного затвердевания отливки. Она служит для частичного питания жидким металлом отливки в начальный момент ее затвердевания.

Нормальная л.с. состоит из следующих основных элементов: приемное устройство, стояк, зумпф, литниковый ход, питатели.

1.Приемные устройства

Назначение их состоит в том, чтобы обеспечить попадание струи из ковша в каналы л.с. Также эти устройства гасят энергию струи металла из ковша и частично улавливают шлак, попавший в поток из ковша.

В качестве приемного устройства применим литниковую воронку. Литниковые воронки применяются при заливке всех стальных отливок, независимо от их массы (из-за заливки из стопорных ковшей, а также для уменьшения поверхности контакта металла с литниковой системой). 10, с.5.

2. Стояк

Он представляет собой вертикальный канал л.с., по которому металл опускается от уровня чаши до того уровня, на котором он подводится к отливке.

Очень часто по условиям формовки (особенно при машинном изготовлении форм) требуется установка расширяющихся книзу стояков. В таких стояках может происходить подсос воздуха, и требуется установка дросселей, но так как сечение питателей наименьшее (то есть л.с. заполненная), то дроссели не нужны.

3. Зумпф

Очень ответственным местом в л.с. является зумпф – это расширение и углубление под стояком. Его всегда нужно делать при устройстве л.с. В нем образуется болотце металла, гасящего энергию струи из стояка и тем самым предотвращающего разбрызгивание металла. Кроме того, выходя из зумпфа в литниковый ход, металл направлен снизу вверх. При этом направление движения металла совпадает с направлением естественного движения шлаковых частиц, попавших из ковша в металл, и они быстрее выносятся к потолку литникового хода, то есть зумпф позволяет сделать короче литниковый ход и уменьшить расход металла на л.с.

4. Литниковый ход

Он представляет собой горизонтальный канал, чаще всего трапециевидного сечения, устанавливаемый на плоскости разъема формы. Основным его назначением является распределение потока металла из стояка по отдельным питателям, обеспечивая его равномерный расход.

5. Питатели

Последний по ходу металла элемент л.с. – питатели. Их количество и расположение зависят от характера заливаемых деталей. Сечение питателей должно быть таким, чтобы они легко отламывались от отливки.

Когда металл подводится несколькими питателями к отливке, истечение его из разных питателей, удаленных на различное расстояние от стояка, разное. Дальние питатели пропускают большее количество металла, чем ближние. Это объясняется тем, что в крайних питателях динамический напор частично переходит в статический, поэтому скорость истечения металл из этих питателей выше.

Выбор типа литниковой системы

Решающими факторами, от которых зависит выбор типа л.с., являются: конструкция отливки, принятая в цехе технология и свойства сплава, из которого отливается заготовка.

Для изготовления стальных отливок применяются л.с. максимальной простоты и минимальной протяженности, так как сталь при охлаждении резко теряет жидкотекучесть.

Выбранная л.с. относится к верхним л.с. с горизонтальным расположением питателей. В такой л.с. металл подводится в верхнюю часть отливки и к концу заполнения формы в отливке создается температурное поле, соответствующее принципу направленного затвердевания (снизу холодный, а сверху горячий металл).

Выбор места подвода металла к отливке

При выборе места подвода металла к отливке обязательно учитывается принцип затвердевания отливки. Так как отливка по своей конструкции склонна к направленному затвердеванию, то металл лучше подводить в ее массивные части. Протекающим металлом форма в местах подвода разогревается, в тонкие части отливки металл подходит охлажденным и скорость их затвердевания еще больше увеличивается. Массивные части, разогретые горячим металлом, затвердевают медленнее. Такое температурное поле способствует образованию в отливке (в ее массивном или тепловом узле) концентрированной усадочной раковины, которую легко перевести в прибыль.

Металл подводим вдоль стенки, в этом случае не происходит прямого удара струи металла в стенку формы и вероятность ее размыва уменьшается.

Для определения размеров сечения элементов л.с. нужно задаться соотношением их размеров. Для л.с. стальных отливок массой до 1т.:

F_n : F_л.х. : F_ст = 1 : 1.15 : 1.3 10, с.38. (12)

Самым узким местом является питатель, поэтому его расчет ведем по формуле Озанна:

, (13)

где F_n - суммарная площадь сечения питателей, см²;

G – полная масса металла в форме вместе с л.с. и прибылями, кг;

 - удельный вес жидкого металла, для стали  = 7г/см³ 10, с.39;

 - коэффициент расхода л.с.;

 - время заливки, с;

H_р – средний, расчетный напор, действующий в л.с. во время заливки, см;

g – ускорение силы тяжести, g = 981см/с².

В случае заливки чугуна и стали формула (11) имеет вид:

, (14)

Так как данная отливка требует установки прибылей, то металлоемкость отливок определяется по формуле:

, (15)

где G_отл – масса отливки, кг;

ТВГ – технологический выход годного, для данной отливки ТВГ = 0.65 10, с.40;

Масса отливки определяется по формуле:

G_отл = 2*(G_дет + G_пр.м.о.) (16)

где - G_дет – масса детали, G_дет = 42.5кг;

G_пр.м.о. – масса металла на припуски и механическую обработку, кг;

Припуски на механическую обработку составляют 7 –10% от массы детали, принимаем 9%.

G_пр.м.о.= 0.09*G_дет. = 0.09*42.5 = 3.83кг, (17)

G_отл = 2*(42.5 + 3.83) = 92.66кг

Расчетный напор определяется по формуле Дитерта: