Литьем можно получить детали массой от нескольких граммов до сотен тонн, размерами от нескольких миллиметров до десятков метров, самой сложной формы, которую нельзя получить другими методами. Литью поддаются самые различные сплавы, как пластичные, так и хрупкие. Литьем получают заготовки с минимальными припусками на обработку, а в некоторых случаях детали, не требующие ее вообще, что значительно сокращает расход металла и объем механической обработки. В СССР на долю стального литья в общем балансе отливок приходится около 23%, чугунного -72 и цветных сплавов - 5%. Продукцией литейного производства для судостроения являются крупные стальные отливки: форштевни, ахтерштевни, якоря, цепи и др. Чаще их выполняют предприятия, имеющие собственное литейное производство и литейный цех. Суть литейного производства состоит в том, что фасонные детали (заготовки) получают заливкой жидкого металла в литейную форму, полость которой соответствует их размерам и форме. После кристаллизации металла литую деталь (заготовку), называемую отливкой, удаляют из литейной формы и отправляют на последующую обработку. Применяют формы разового и многократного использования. Технологический процесс изготовления отливок в разовых формах складывается из ряда операций, которые осуществляются в соответствующих отделениях литейного цеха (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Схема технологического процесса изготовления отливок в разовых формах
Наряду с требуемыми механическими, физическими и химическими свойствами литейные сплавы должны обладать определенными технологическими свойствами, главными из которых являются жидкотекучесть, усадка, склонность к ликвации и газопоглощению.
Жидкотекучесть - способность жидкого металла заполнять щелевидные полости литейной формы и четко воспроизводить очертания отливки. При хорошей жидкотекучести металл заполняет всю полость формы, какой бы сложной она ни была, а при недостаточной - образует недоливы в тонких сечениях отливки. Жидкотекучесть зависит от химического состава и температуры заливаемого сплава. Фосфор, кремний и углерод улучшают ее, а сера ухудшает. Повышение температуры жидкого металла улучшает жидкотекучесть.
Усадка - уменьшение объема металла и линейных размеров отливки в процессе ее кристаллизации и охлаждения в твердом состоянии.
Ликвация - неоднородность химического состава сплава по сечению отливки.
Газопоглощение - способность литейных сплавов в жидком состоянии растворять кислород, азот и водород, причем их растворимость растет с перегревом расплава. Залитый в форму газонасыщенный расплав охлаждается, понижается растворимость газов, и они, выделяясь из металла, могут образовать в отливке газовые раковины.
Величина напряжений, образование раковин и пористости зависят от правильного сопряжения и оформления углов отливки. При конструировании отливки должны быть соблюдены равностенность; наличие формовочных уклонов на вертикальных стенках, перпендикулярных плоскости разъема формы; плавность переходов при сопряжении стенок; наличие галтелей и др.
Литьё является одним из важнейших и распространенных способов изготовления заготовок и деталей машин. Масса литых деталей составляет около 60 % от массы тракторов и сельскохозяйственных машин, (70… 85) % от массы прокатных станов и металлорежущих станков.
Сущность процесса литья состоит по сути в том, что расплавленный металл определенного химического состава заливается в заранее приготовленную литейную форму, полость которой по своим размерам и конфигурации соответствует форме и размерам требуемой заготовки. После остывания заготовки или готовой детали, называемые отливками, извлекают из формы.
Для получения отливок высокого качества литейные сплавы должны обладать определенными литейными свойствами: хорошей жидкотекучестью, низкой усадкой, иметь химическую однородность структуры, низкую температуру плавления и т.д.
Большую часть чугунных и стальных отливок получают методом литья в песчано-глинистые формы (до 60 % общего объёма). Для получения отливок с высокой точностью (минимальными припусками на механическую обработку) и шероховатостью поверхности, однородной структурой металла применяют специальные способы литья: литье в металлические формы (кокили), центробежное литье, литье под давлением, литье по выплавляемым моделям, литье в оболочковые формы и т. д.
Основными преимуществами литья перед другими способами получения заготовок и деталей являются:
а) возможность получения заготовок и деталей различной конфигурации, из различных металлов и сплавов;
б) возможность получения фасонных изделий сложной конфигурации (полых, объёмных и т. д.), которые невозможно и экономически нецелесообразно изготавливать другими методами (к примеру, резанием – большой расход металла в стружку, значительные затраты времени и др.);
в) универсальность технологий – возможность изготовления заготовок от нескольких граммов до сотен тонн;
г) возможность переработки отходов производства и брака:
д) относительная простота получения и низкая стоимость отливок.
Наряду с достоинства литье имеет и недостатки :
а) трудность получения однородного химического состава отливки;
б) точность и качество поверхности детали ниже, чем при обработке её резанием или пластическим деформированием;
в) неоднородность состава и пониженная плотность материала заготовок, а следовательно, их более низкие, чем заготовок, полученных обработкой давлением, прочностные характеристики.
Основными направлениями развития литейного производства являются: реконструкция и модернизация имеющегося оборудования; замена устаревшего оборудования высокопроизводительными литейными автоматами и полуавтоматами, робототехническими комплексами; снижение материалоемкости продукции машиностроительного комплекса путем увеличения доли литья из легированных сталей и высокопрочного чугуна, а также точного литья.
Основными технико-экономическими показателями работы литейных цехов являются: годовой выпуск отливок в тоннах; выпуск отливок на одного производственного работающего; съем литья с одного квадратного метра производственной площади цеха; выход годного металла; доля брака литья; уровень механизации и автоматизации; доля литья получаемого специальными способами; себестоимость одной тонны литья.
А) Литье в песчано-глинистые формы
Литейную форму, имеющую полость, в которую заливают расплавленный металл, изготавливают из формовочной смеси по модели. Модель - это приспособление для получения в форме рабочей полости будущей отливки. Модели могут изготавливаться из дерева, пластмассы или металла, размеры их должны быть больше размеров отливок на величину усадки металла и величину припуска для последующей механической обработки.
Формовочные смеси для литейных форм и стержней состоят из кварцевого песка, специальной глины, воды и ряда добавок (льняного масла, канифоли, декстрина, жидкого стекла, деревянных опилок или торфяной крошки), обеспечивающих газопроницаемость и пластичность смеси. При изготовлении формы формовочную смесь, увлажненную и тщательно перемешанную, засыпают в нижнюю опоку, предварительно установив модель отливки (рис.1). Далее смесь уплотняют вручную различными приспособлениями или на специальных формовочных машинах. После уплотнения смеси модель извлекают из нижней опоки. Аналогичным образом уплотняют смесь и в верхней опоки, предварительно установив в нее, помимо модели отливки, модель литниковой системы, образующую каналы для заливки жидкого металла в полость литейной формы. Литниковая система состоит из литниковой чаши, вертикального стояка, шлакоуловителя, питателя и выпора. Литниковая система должна обеспечивать плавное поступление расплавленного металла в форму и отвод газов из формы.
Затем, установив стержни в форму, производят её сборку: верхнюю опоку устанавливают на нижнюю и фиксируют опоки штырями. В таком виде (рис. 1) форма готова к заливке расплавом.
Плавку металла выполняют в различных плавильных устройствах. Чугун плавят в вагранках, сталь - в конверторах и электропечах, цветные металлы и их сплавы - в электрических печах и тиглях. Температуру расплавленного металла доводят до температуры заливки, ᴛ.ᴇ. на 100…150 С выше температуры плавления сплава.
После заливки расплава в литейную форму и его охлаждения, отливки выбивают из формы и очищают от формовочной смеси вручную, на вибрационных решетках или дробеструйных установках. Обрубку элементов литниковой системы выполняют дисковыми фрезами, ленточными пилами, на обрезных прессах, газопламенными или плазменными резаками. Зачистку отливок от заусенцев и заливов выполняют абразивными кругами.
Перед отправкой в механические цехи стальные отливки обязательно подвергаются термической обработке – отжигу или нормализации – для снятия внутренних напряжений и измельчения зерна металла. В отдельных случаях термической обработке подвергаются отливки и из других сплавов.
Преимуществом литья в песчано-глинистые формы является невысокая стоимость формовочных материалов и модельной оснастки. При этом данный способ литья является более трудоемким в сравнении с другими. Вместе с тем, литьё в песчано-глинистые формы обеспечивает малую точность размеров и большую шероховатость поверхности.
Б) Специальные способы литья
Специальные способы литья по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы позволяют получать отливки более точных размеров с хорошим качеством поверхности, что способствует: уменьшению расхода металла и трудоемкости механической обработки; повышению механических свойств отливок и уменьшению потерь от брака; значительному снижению или исключению расхода формовочных материалов; сокращению производственных площадей; улучшению санитарно-гигиенических условий и повышению производительности труда.
К ним относят литьё: в постоянные металлические формы (кокиль); центробежное; под давлением; в тонкостенные разовые формы; по выплавляемым моделям; корковое или оболочковое; электрошлаковое литьё.
Литье в оболочковые формы. При этом способе литья применяют специальные оболочковые формы, изготавливаемые из кварцевого песка (92…95 %) и термореактивной синтетической смолы (5…8 %). Песчано-смоляную смесь готовят перемешиванием песка и измельченной порошкообразной смолы с добавкой растворителя (холодный способ) или при температуре 100…120 С (горячий способ), благодаря чему смола обволакивает (плакирует) зерна песка. Далее смесь дополнительно дробиться до получения отдельных зерен, плакированных смолой, и загружается в бункер.
Изготовление оболочковых форм производят следующим образом (рис. 2.). Металлическую модель, нагретую до 200…300 С, покрывают слоем теплостойкой смазки (силиконовая жидкость) и помещают в бункер, затем засыпают формовочной смесью и выдерживают 10…30 с. За это время происходит предварительное спекание оболочки на модели. Потом с модели удаляют излишки сыпучей формовочной смеси и вместе с оболочкой выдерживают в печи 1…3 мин. при температуре 300…375 С. При этом происходит окончательное спекание оболочки толщиной 7…15 мм. После охлаждения, благодаря разделительному слою теплостойкой смазки, оболочка легко снимается с модели. Выполненные таким образом отдельные части формы и литниковую систему собирают, склеивая по плоскостям разъемов и скрепляя скобами или струбцинами. Изготовление и сборка оболочковых форм легко механизируется и автоматизируется.
В отличие от литья в песчано-глинистые формы литье в оболочковые формы обеспечивает большую точность размеров и меньшую шероховатость. Припуск на механическую обработку составляет 0,5…3 мм. При этом ограниченная масса отливок (до 250…300 кг) и более сложная технологическая оснастка являются недостатками этого способа литья. По этой причине литье в оболочковые формы используют в серийном и массовом производстве отливок малых и средних размеров.
Литье по выплавляемым моделям. Процесс получения отливок состоит в следующем. В пресс-форме из легкоплавкой смеси стеарина (50 %) и парафина (50 %) отливают модель отливки и элементов литниковой системы. Температура прессования смеси 42…45 С. Модель и литниковую систему собирают в блок, покрывают керамической оболочкой (толщиной 2…8 мм). Керамическое покрытие состоит из 60…70 % пылевидного кварца или тонко измельченного кварцевого песка и 30…40 % связующего вещества (раствор этилсиликата). Далее из керамической литейной формы водой, паром или горячим воздухом выплавляют модель. Освобожденные от модели формы помещают в опоки с песком, уплотняют и прокаливают при 900…950 С в течение 3…5 ч. При этом происходит выгорание остатков модельного состава и отжиг керамической формы. После прокаливания готовые формы поступают на заливку металлом.
Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение размеров отливки большей точности. Этим способом можно получить отливки самой сложной формы с толщиной стенок до 0,3…0,8 мм с минимальным припуском на механическую обработку (до 0,7 мм).
Недостатки – стоимость отливок, получаемых по выплавляемым моделям, выше, чем изготавливаемых другими способами литья.
Литье в металлические формы. Металлические литейные формы (кокили) изготавливают разъёмными и неразъёмными в основном из стали и чугуна. Для получения сложных полостей используют металлические и песчаные стержни.
Процесс литья в кокиль включает следующие операции: очистку кокиля, нанесение на его внутреннюю поверхность огнеупорной обмазки (из кварца, графита͵ асбеста и жидкого стекла), нагрев кокиля до 150…450 С, заливку расплавленного метала. Нанесение огнеупорной обмазки обеспечивает увеличение срока службы кокиля, предупреждение приваривания металла к стенкам кокиля и облечение извлечения отливок. Подогрев предохраняет кокиль от растрескивания и облегчает заполнение формы металлом. После затвердевания отливку извлекают из кокиля при помощи выталкивателя.
Преимуществами литья в кокиль по сравнению с литьем в разовые песчано-глинистые формы являются: получение отливок более точных размеров и форм; мелкозернистой структуры металла и соответственно с лучшими физико-механическими свойствами; обеспечение высокой производительности труда; более низкой стоимости отливок; улучшения условий труда литейщика.
Недостатки способа - высокая стоимость кикилей; низкая газопроницаемость и податливость металлической формы, приводящая к образованию газовых раковин и трещин в отливках; быстрое охлаждение металла затрудняет получение отливок сложной формы, вызывает опасность появления у чугунных отливок отбеленных труднообрабатываемых поверхностей.
Литье под давлением. Сущность процесса литья состоит по сути в том, что расплавленный металл заполняет пресс-форму под давлением поршня (рис.3а). После затвердевания металла форма раскрывается и отливка извлекается.
Перед началом работы пресс-форму подогревают до 150…400 С исходя из заливаемого сплава и смазывают смазкой на базе минеральных масел с графитом.
Производительность поршневых машин достигает 500 отливок в час. В условиях массового производства применение литья под давлением позволяет снизить трудоемкость получения отливок в 10…12 раз, а трудоемкость механической обработки – в 5…8 раз. За счёт высокой точности изготовления и обеспечения повышенных механических свойств отливок, полученных под давлением, достигается экономия до 30…50 % металла по сравнению с литьем в разовые формы. Создается возможность полной автоматизации процесса.
Центробежный способ литья – высокопроизводительный способ изготовления полых отливок типа тел вращения (втулок, труб, гильз) из цветных и железоуглеродистых сплавов, а также биметаллов. Сущность способа состоит в заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму (изложницу). Жидкий металл за счёт центробежных сил отбрасывается к стенкам формы, растекается вдоль них и затвердевает. Неметаллические включения собираются на внутренней стороне отливки и удаляются при дальнейшей механической обработке (рис.3б). После охлаждения готовая отливка с помощью специальных приспособлений извлекается из формы.
Отливки получаются точной конфигурации, с малой шероховатостью поверхностей и имеют плотную мелкозернистую структуру металла.
Как и при кокильном литье, металлические формы перед заливкой жидкого металла подогреваются и на них наносятся защитные покрытия.
Центробежное литьё высокопроизводительно (за 1 ч. можно отлить 40…50 чугунных труб диаметром 200…300 мм), дает возможность получать полые отливки без применения стержней и биметаллические отливки последовательной заливкой двух сплавов (к примеру, стали и бронзы), по сравнению с литьем в стационарные песчано-глинистые и металлические формы обеспечивает более высокое качество отливок, почти устраняет расход металла на прибыли и выпоры, увеличивает выход годного литья на 20…60 %.
К недостаткам способа следует отнести высокую стоимость форм и оборудования, ограниченность номенклатуры отливок.
Непрерывное литьё - это способ получения протяжных отливок постоянного поперечного сечения путем непрерывной подачи расплава в форму и вытягивания из нее затвердевшей части отливки. Учитывая зависимость отнаправления вытягивания различают вертикальное и горизонтальное непрерывное литье. Вертикальное литье обычно применяют для получения слитков и труб.
Схема горизонтального литья приведена на рис.4. Кристаллизатор 2, установленный в металлоприемник 1, изготавливается из меди, графита и, реже, стали. Он имеет внутреннюю полость, профиль которой соответствует поперечному сечению отливки. На выходной части кристаллизатора устанавливается рубашка водяного охлаждения 3. Слиток 6 вытягивается из кристаллизатора тянущими роликами 5 и разделяется на мерные куски с помощью пилы 7 или плазменной резки. Центральная часть слитка после его выхода из кристаллизатора остается жидкой, в связи с чем с целью ускорения затвердевания и исключения прорыва расплава через оболочку твердого металла устанавливается душевое устройство для охлаждения водой 4.
Непрерывным литьем получают заготовки постоянного сечения в виде круга, полосы или более сложного профиля. Недостатком этого метода литья является ограниченность номенклатуры отливок, связанная с невозможностью получения сложных по форме заготовок.
Литье вакуумным всасыванием - этим методом получают отливки типа втулок, колец, заготовок зубчатых колес, гильз и т.д. На поверхности расплава, находящегося в металлоприемнике 3, помещают плоское кольцо из огнеупорного материала 2, на ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ сверху опускается металлическая водоохлаждаемая форма - кристаллизатор 1. Внутри формы насосом создается разряжение и расплавленный металл 4 втягивается в форму. Снимая разряжение в форме, можно удалять из неё расплав и получать полые отливки. За счёт направленной кристаллизации от поверхности к центру и подпитки затвердевающей отливки из металлоприемника удается получить плотную отливку без усадочных дефектов и газовой пористости. Особенностью этого процесса является высокий выход годного металла, так как отсутствует крайне важно сть в литниковой системе и прибылях.
Дефекты отливок - обусловлены неправильной конструкцией отливок, нарушением технологии литья или ошибками при её разработке. К основным дефектам относят раковины, трещины, дефекты поверхности и несоответствие конфигурации и размеров требованиям чертежа.
Литейное производство
Литьем изготавливают:
Жидкий металл
ОСНОВЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Принципиальная схема литья (на примере разовой разъемной литейной формы) показана на рис. 2.1, а .
Рис. 2.1 Схема процесса литья в разовые разъемные формы: а – принципиальная схема; б – отливка после выбивки; 1,2 – нижняя и верхняя опоки; 3 – форма; 4 – полость формы; 5 – выпор; 6 – литейный стержень; 7 – вентиляционный канал; 8 – вертикальный канал (стояк); 9 - литниковая чаша (воронка); 10 - расплавленный металл; 11 - ковш; 12 – шлакоуловитель; 13 - горизонтальные каналы (питатели).
Жидкий металл 10 из ковша 11 заливается в литейную форму и через систему каналов поступает в полость 4 формы 3 , заполняет ее и затвердевает. После затвердевания, извлечения из формы и обработки получается отливка (рис. 2.1, б ). Для получения отверстий , полостей и других усложнений конфигурации отливок применяют стержни 6 , которые устанавливаются при сборке формы.
Для получения отливки необходимо наличие трех технологических элементов: литейный материал, технологическое литейное оборудование и технологическая литейная оснастка.
Литейные материалы.
Литейные материалы (металлические сплавы, пластмассы, резина, керамика) должны обладать высокими литейными (технологическими), механическими и эксплуатационными свойствами.
Литейные свойства сплавов
При проектировании любой детали в первую очередь учитываются механические свойства сплава, но и дополнительно необходимо учитывать литейные свойства сплава, которые определяют возможность получения качественной отливки, т.е. отливки, отвечающей заданным требованиям. Наиболее важные литейные свойства сплавов:
а) жидкотекучесть;
б)усадка;
в)склонность к ликвации и поглощению газов.
Жидкотекучесть - это способность жидких металлов и сплавов заполнять ее полости и четко воспроизводить рельеф отливки. Жидкотекучесть сплава зависит от его физико-химических свойств (прежде всего - температуры ликвидус) и технологических факторов, прежде всего - температуры заливки. Для сплавов затвердевающих при постоянной температуре (чистые металлы и эвтектические сплавы) или в узком интервале температур (до 30оС) характерно последовательное затвердевание с образованием сплошной твердой корки на поверхности канала формы. Внутри этой корки остается жидкая фаза, способная затекать в канал. Сплавы с широким интервалом температур кристаллизации затвердевают с образованием разветвленных дендритов по всему сечению потока. Эти расплавы теряют способность течь в канале формы при наличии твердой фазы 20…30% от объема. С повышением температуры перегрева сплава жидкотекучесть увеличивается.
Усадка - это свойство литейных сплавов уменьшаться в объеме и линейных размерах при затвердевании и охлаждении . Усадочные процессы протекают с момента заливки расплавленного металла в форму вплоть до полного охлаждения отливки. На величину усадки влияют, прежде всего, химический состав сплава, температура заливки и свойства литейной формы. С повышением температуры заливаемого сплава усадка отливки увеличивается. Различают линейную и объемную усадку.
Линейная усадка - это уменьшение линейных размеров отливки при ее охлаждении от температуры заливки до температуры окружающей среды б Величина линейной усадки может варьироваться от 1% у серого чугуна до 1,5…2 % у сталей и цветных сплавов
Объемная усадка - это уменьшение объема сплава при его охлаждении в литейной форме. Объемная усадка приводит к образованию в отливках усадочных раковин, усадочной пористости, трещин и короблений.
С усадкой сплава связаны многие затруднения в производстве отливок. При торможении усадки (выступами формы, стержнями) в отливке возникают напряжения, которые могут вызвать ее коробление или образование трещин.
Для снятия усадочных напряжений применяют отжиг. Для этого отливки нагревают до высоких температур (но ниже температуры солидус) и медленно охлаждают вместе с печью. При медленном охлаждении (20 градусов в час) перепада температур в разных точках отливки не будет, и, следовательно, все ее части будут усаживаться равномерно. Часто отливки после предварительной (черновой) механической обработки просто вылеживаются длительное время перед окончательной обработкой.
Ликвация - это неоднородность химического состава по сечению отливки. Ликвация возникает в процессе затвердевания отливки из-за различной растворимости отдельных компонентов сплава в его жидкой и в твердой фазах . Чем больше это различие, тем неоднороднее распределяются компоненты.
Различают два основных вида ликвации: внутрикристаллическую (или дендритную ), характеризующуюся неоднородностью зерна металла, и зональную , когда различные зоны отливки имеют различный химический состав. Простейший случай ликвации связан с большой разницей плотностей компонентов сплава. Так, при литье свинцовой бронзы в нижних частях отливки содержание свинца будет выше, чем в верхних частях. Концентрация меди (более легкого компонента), наоборот, увеличится в верхних частях отливки.
В период затвердевания отливки из металла выделяются газы, которые растворены в расплаве. В результате этого в отливке образуются газовая пористость или газовые раковины, значительно понижающие комплекс механических свойств отливки. Источником газовых раковин может быть и форма при недостаточной ее газопроницаемости и при выделении ею большого количества газов. Газовые раковины чаще всего образуются около поверхности горизонтально расположенных стенок отливки, а также в местах, где затруднен газоотвод.
Литейное оборудование.
Литейное оборудование – это совокупность машин, автоматов, установок, плавильных печей, заливочных устройств, манипуляторов, предназначенных для выполнения процессов и операций изготовления отливок.. Каждый литейный процесс (формовка, плавка, заливка и др.) использует свои виды оборудования (формовочное, плавильное и др.) в соответствии с ГОСТ 18111-93*.
Литейная оснастка .
Технологическая оснастка литейного производства - средства технологического оснащения, дополняющие литейное технологическое оборудование для выполнения определенной части процесса получения отливок. К литейной оснастке по ГОСТ 17819-84* относятся литейные формы, стержни, модели и другие средства технологического оснащения.
Литейная форма – это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой жидким металлом формируется отливка . Основные требования, предъявляемые к литейным формам, следующие:
Прочность - чтобы под действием напора расплава форма не только не разрушилась, но и не изменила размеры.
Газопроницаемость - чтобы газы, находящиеся как в полости формы, так и в расплаве, могли удаляться (во избежание газовой пористости и газовых раковин в отливках).
Стойкость к химическому взаимодействию с расплавом - чтобы обеспечить простоту извлечения и очистки отливок.
Литейная форма изготавливается с использованием следующей литейной оснастки:
1.Литейная модель. Для изготовления разовых форм применяются литейные модели, обеспечивающие образование в форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки.
Модели изготавливаются из дерева, пластмасс или металлических сплавов и могут быть разъемными и неразъемными, разовыми и многократными.
2.Литейный стержень – элемент литейной формы, предназначенный для образования отверстия, полости или иного сложного контура в отливке. Во многом благодаря применению стержней при литье возможно получение заготовок самой сложной конфигурации. Стержни, как и формы, могут быть разовыми и многократными, целиковыми и сборными.
Общая технология литья
Технология литья представляет собой совокупность большого количества отдельных процессов литейного производства, которые можно объединить в четыре этапа:
1. Технологическая подготовка процесса изготовления отливки . На основании конструкторской (чертеж детали, технические требования, условия работы детали в узле …) и технологической документации (величина партии, технологический маршрут обработки…) осуществляется: выбор способа литья, разработка чертежа отливки, проектирование технологической оснастки (модель, стержни, литейная форма …) разработка технологии, включая определение последовательности и технологических параметров отдельных процессов, операций и переходов.
2. Изготовление формы. На основании разработанных чертежей изготавливаются модель, стержни, необходимая технологическая оснастка. При литье в неметаллические формы наиболее ответственным и трудоемким процессом является формовка - изготовление литейных форм и стержней из формовочных и стержневых смесей. Чаще всего, литейная форма – разъемная (состоит из двух частей), что позволяет получать большинство отливок. Разовые формы, как и стержни, изготавливают уплотнением формовочной (стержневой) смеси в опоках (стержневых ящиках). Готовые части формы (полуформы) и стержни поступают на операцию сборки форм, которая включает установку, соединение и закрепление литейных стержней в литейной форме и частей формы между собой. Параллельно с формовкой и сборкой в плавильном отделении литейного цеха производится плавка – получение расплава нужного химического состава и температуры.
3. Заливка форм и охлаждение металла отливок. Собранные формы при помощи ковша или литейной машины заливают расплавом. Температура расплава равна: t заливки = t ликвидус + (100…150)ºС. Заполнение формы расплавом требует определенного времени, что ограничивает производительность литья в целом. Для повышения качества отливок используется воздействие центробежных сил, электромагнитных полей, ультразвука и т.д.
4. Извлечение из форм и обработка отливок . Охлажденная до заданной температуры отливка удаляется из формы, и из нее извлекаются стержни.
Выбивка – извлечение отливки из формы. При литье в разовые формы эта операция осуществляется на вибрационных решетках.
Обрубка - отделение от отливок элементов литниковой системы , заливов по разъёму формы и неровностей поверхности. Осуществляется с помощью пневмомолотков (отливки из чугуна) и пневмозубил, резкой газом или плазмой (стальные отливки), абразивным и другим инструментом.
Очистка поверхности отливок от пригара, остатков формовочной и стержневой смеси. Для очистки применяют такие способы, как галтовка, дробеметный, электрохимический и др. Во вращающихся галтовочных барабанах пригар удаляется за счет трения поверхностей отливок друг о друга и о дополнительно загружаемые звездочки из белого чугуна. При дробеметном способе поверхность отливки очищается под воздействием потока чугунной или стальной дроби диаметром 1-3 мм. Скоростной поток дроби создается с помощью сжатого воздуха (в дробеструйных установках) или вращающихся лопаток (в дробеметных установках).
Зачистка - механическая обработка поверхности отливок с целью приведения ее в соответствие с требованиями по качеству поверхности. При этом удаляются остатки питателей, заливы по плоскости разъема формы и у знаковых частей стержней. Зачистку чаще всего осуществляют с помощью шлифовальных кругов и на обрезных прессах.
Термообработка отливок производится при необходимости повышения прочности (закалка), пластичности, обрабатываемости резанием, снятия внутренних напряжений (отжиг). В последнем случае, часто ограничиваются длительным вылеживанием отливок на складе
Контроль качества отливок предусматривает проверку соответствия продукции техническим условиям, включая отсутствие дефектов строения. Внешний осмотр позволяет выявить наружные дефекты (раковины на поверхности, сквозные трещины, перекос и т.д.). Точность размеров и шероховатость поверхности определяют с помощью мерительного инструмента (штангенциркулей, шаблонов, калибров) и специального оборудования (профилометров, координатно-измерительных машин). Для контроля структуры отливок применяют металлографию. С помощью неразрушающих методов контроля, таких как ультразвуковой, вихретоковый, рентгеновский, контролируют внутреннее строение металла.
СПОСОБЫ ЛИТЬЯ
В промышленности применяют множество способов литья, которые можно классифицировать по различным признакам. Наиболее часто все виды литья делят на литье в разовые формы (литье в песчано-глинистыеформы, в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям...) и литье в многократные формы (литьё в кокиль, под давлением, центробежное литье...).
Выбор способа литья определяется типом литейного сплава (легкоплавкий, тугоплавкий), объемом производства, заданными параметрами точности размеров и шероховатости поверхности получаемых отливок, и другими факторами.
Технология ручной формовки.
В зависимости от конфигурации отливки и условий производства применяют различные методы ручной формовки:
по моделям в почве (кессоне),
в опоках , с подрезкой, с отъемными частями, с перекидным или подъемным болваном, с фальшивой опокой, по шаблону, в стержнях, по скелетным моделям. Рассмотрим некоторые способы формовки.
Формовка по разъемной модели - наиболее распространенный способ формовки. При ручной формовке сначала изготавливают нижнюю полуформу (рис. 2.5, а ). Затем изготавливают верхнюю полуформу (рис. 2.5, б ). Для этого нижнюю полуформу переворачивают на 180°, на нижнюю половину модели шипам устанавливают верхнюю половину, монтируют модели шлакоуловителя, стояка и выпоров. Плоскость разъема (лад формы) посыпают разделительной смесью - графитом, мелкотертым кварцевымпеском. Верхнюю опоку устанавливают на нижнюю по направляющим штырям. В неё засыпают и уплотняют формовочную смесь, и получают верхнюю полуформу. После уплотнения смеси удаляют модели стояка и выпоров. Верхнюю полуформу снимают, переворачивают на 180°, удаляют из обеих полуформ модели (рис. 2.5, в ), и приступают к сборке формы. Собранная и готовая к заливке форма показана на рис. 2.5, г .
Рис. 2.5. Формовка по разъемной модели:
а -г – последовательность формовки; МФ – разъем модели и формы
Отливку, показанную на рис. 2.6, при формовке невозможно извлечь без разрушения части формы (объем «К») (рис. 2.6, а ). В таких случаях применяют формовку с подрезкой. Нижнюю полуформу уплотняют обычным способом и переворачивают. Срезают объем «К» (рис. 2.6, б ). Образовавшуюся поверхность тщательно заглаживают. При формовке верхней полуформы (рис. 2.6, в ), на месте этого объема образуется болван. Разъем формы получается не плоским, а фасонным. Далее устанавливают модель верхнего знака 2 , поверхность разрезки посыпают разделительной смесью. Дальнейшие операции формовки не отличаются от операций обычной формовки.
Рис. 2.6. Формовка с подрезкой: а - – уплотненная нижняя полуформа; б - нижняя полуформа после удаления излишков смеси; в – форма в сборе; г – формовка по фасонной модельной плите; 1 – модель; 2 – модель верхнего знака; 3 – груз; 4 - модельная плита; 5 – гнездо знаков; 6 – модель подрезки; К – объем смеси, препятствующей извлечению модели; Ф - плоскость разъема полуформ; н – направление «верх» и «низ» по отношению к плоскости разъема полуформ.
Формовка по модели с отъемными частями применяется при изготовлении сложных по конфигурации отливок с выступающими элементами, когда применение модели с одним разъемом не позволяет извлекать ее половины из полуформ после уплотнения смеси. Отъемные части вида 1 (рис. 2.7, а, б ) применяют при наличии в модели полости достаточной для удаления штифта 8 . При формовке модели с отъемными частями вида 2 (рис. 2.7, а, в ), смесь уплотняют до верхней плоскости отъемной части, затем извлекают шпильку 9 и заканчивают уплотнение. Крепление отъемной части 3 (рис. 2.7, а, г ) называют «ласточкин хвост».
Рис. 2.7. Формовка по модели с отъёмными частями:
а – модель; б, в, г, - последовательность выполнения операций 4, 5, 6, 7 формовки; 1, 2, 3 – виды отъемных частей; 8 – штифт, 9 – шпилька; стрелками показаны перемещения отъемных частей, штифтов и шпилек.
Если невозможно расположить модель на плоской плите, применяют формовку с фальшивой опокой. В фальшивую опоку металл не заливают. Она служит только для формовки в качестве фигурной модельной плиты.
Лекция 2. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Литейное производство - отрасль машиностроения, изготавливающая заготовки или детали (отливки) заливкой расплавленного металла (расплава) заданного химического состава в полость литейной формы, имеющей конфигурацию отливки. При охлаждении, расплав затвердевает и сохраняет конфигурацию полости формы. Литьем можно изготавливать изделия очень сложной конфигурации, которые другими видами обработки - ковкой, штамповкой, сваркой - получить трудно или невозможно.
Литьем изготавливают: заготовки деталей общего назначения, к которым не предъявляются особые требования по механическим и эксплуатационным свойствам; заготовки ответственных деталей, таких как детали двигателей внутреннего сгорания (блоки цилиндров, поршни), рабочие колеса и лопасти газовых турбин, и т.д. Масса отливок может быть от нескольких граммов (детали приборов) до десятков тонн (станины станков, роторы турбогенераторов).
Жидкий металл заливают в разовые формы (после изготовления отливки их разрушают) и многократные (в одной форме можно получить от десятка до нескольких десятков тысяч отливок). Разовые формы изготавливают из неметаллических материалов (формовочных смесей). Многократные формы изготавливают из сплавов на металлической основе.
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.
Задание на курсовой проект............................................................................... 2
1.1.Обоснование способа формовки.............................................................. 4
1.2.Обоснование положения детали в форме при заливке........................... 6
1.3.Обоснование выбора поверхности разъема формы и модели............... 7
1.4.Обоснование величины усадки и припусков на механическую обработку, уклонов, галтелей............................................................................................. 8
1.5.Определение конструкций и размеров знаков стержней. Проверка знаков на смятие.............................................................................................................. 10
1.6.Расчет литниковой системы................................................................... 14
1.7.Расчет размеров прибылей и холодильников....................................... 21
1.8.Обоснование применяемой оснастки..................................................... 25
1.9.Расчет размеров опок, массы груза...................................................... 27
1.10.Выбор формовочных и стержневых смесей....................................... 30
1.11.Режим сушки форм и стержней........................................................... 34
Карта технологического процесса................................................................... 35
Список литературы........................................................................................... 37
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
1.1.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 . 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)*10 6 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.
1.2.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.
1.3.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.
1.4.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% .
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 .
| номин. размер | класс точности | степень коробления | отклонения коробления | отклонения смещения | допуск | основной припуск | дополнительный припуск | общий припуск |
| ряд припусков | ||||||||
| 19 | 5 | 0.16 | 1.2 | 3.2 | 5.0 | - | 5.0 | |
| 110 | 5 | 0.16 | 1.2 | 5.0 | 5.0 | - | 5.0 | |
| Æ110 | 5 | 0.6 | 1.2 | 5.0 | - | 5.0 | ||
| Æ150 | 5 | 0.6 | 1.2 | 5.0 | - | 5.0 | ||
| Æ180 | 5 | 0.6 | 1.2 | 5.0 | - | 5.0 | ||
| 300 | 5 | 0.16 | 1.2 | - |
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.
Задание на курсовой проект................................. 2
1.1. Обоснование способа формовки.................... 4
1.2. Обоснование положения детали в форме при заливке6
1.3. Обоснование выбора поверхности разъема формы и модели7
1.4. Обоснование величины усадки и припусков на механическую обработку, уклонов, галтелей..... 8
1.5. Определение конструкций и размеров знаков стержней. Проверка знаков на смятие 10
1.6. Расчет литниковой системы......................... 14
1.7. Расчет размеров прибылей и холодильников.... 21
1.8. Обоснование применяемой оснастки............. 25
1.9. Расчет размеров опок, массы груза........... 27
1.10. Выбор формовочных и стержневых смесей..... 30
1.11. Режим сушки форм и стержней................. 34
Карта технологического процесса..................... 35
Список литературы........................................ 37
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
1.1. 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 . 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)*10 6 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.
1.2. 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.
1.3. 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.
1.4. 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% .
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 .
|
номин. размер |
класс точности |
степень коробления |
отклонения коробления |
отклонения смещения |
основной припуск |
дополнительный припуск |
общий припуск |
|
|
ряд припусков |
||||||||
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° .
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.
1.5. 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;
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 равна 80мм, что явно недостаточно для устойчивости дублированного стержня. Руководствуясь пунктом 3.4 ГОСТ 3606-80 увеличим длину знака до 240мм.
a = 6°, b = 8° .
Значения зазоров S 1 , S 2 и S 3 :
S 1 = 0.6мм, S 2 = 0.6мм, S 3 = 0.5* S 1 = 0.9мм.
Радиус скругления (переход от основной к знаковой формообразующей поверхности): r = 5мм .
Для получения гнезд под подшипники рассчитаем выступы на дублированном стержне:
Для нижних по заливке: высота знака h = 35мм ,
Для верхних по заливке: высота знака h 1 = 0.4*h = 0.4*35 = 14мм .
Формовочные уклоны на знаковой формообразующей поверхности:
a = 7°, b = 10° .
Значения зазоров S 1 и S 2:
Для нижних знаков: S 1 = 0.3мм, S 2 = 0.4мм .
Для верхних: S 1 = 0.2мм, S 2 = 0.4мм :
Радиус скругления: r = 2?3мм .
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:
где P – реакция на опоре, кг,
где S н.зн. – опорная поверхность нижнего знака, см 2 ,
n – количество знаков в нижней полуформе, n = 5.
Масса стержня:
G ст = V ст * g ст, (3)
где V ст – объем стержня, г/см 3 ,
g ст – плотность стержневой смеси, g ст = 1.65г/см 3 .
G ст = 95637.166 * 1.65 = 157801.32г.
Опорная поверхность нижнего знака:
Условие выполнено.
Верхний знак.
где S в.зн. – опорная поверхность верхнего знака, см 2 ,
где P ст – подъемная сила, действующая на стержень, г,
m – количество знаков в верхней полуформе, m = 5.
P ст = V * ст * (g м - g ст) –V зн *g зн, (8)
V * ст – объем стержня, на который действует подъемная сила,
V зн - объем стержня, на который не действует подъемная сила, см 3 ,
P ст = 52300.7*(7 – 1.65) – 43336.466*1.65 = 208303.576г,
P 1 = 208303.576/5 = 41660.715г;
Опорная поверхность верхнего знака:
Условие выполнено.
1.6. 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). .
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.
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.:
SF n: SF л.х. : F ст = 1: 1.15: 1.3 . (12)
Самым узким местом является питатель, поэтому его расчет ведем по формуле Озанна:
где SF n - суммарная площадь сечения питателей, см 2 ;
G – полная масса металла в форме вместе с л.с. и прибылями, кг;
g - удельный вес жидкого металла, для стали g = 7г/см 3 ;
m - коэффициент расхода л.с.;
t - время заливки, с;
H р – средний, расчетный напор, действующий в л.с. во время заливки, см;
g – ускорение силы тяжести, g = 981см/с 2 .
В случае заливки чугуна и стали формула (11) имеет вид:
Так как данная отливка требует установки прибылей, то металлоемкость отливок определяется по формуле:
где G отл – масса отливки, кг;
ТВГ – технологический выход годного, для данной отливки ТВГ = 0.65 ;
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:
где H – начальный напор, или расстояние от места подвода металла к
отливке до носка ковша, см;
P – расстояние от самой верхней точки отливки до уровня подвода, см;
С – высота отливки по положению при заливке, см.
Чтобы определить Н, нужно знать высоту опок Н в.о. и Н н.о. Их размеры рассчитываются в пункте 1.9.
Рис.1. Схема к определению расчетного напора:
1 – носковый ковш;
2 – приемное устройство (воронка);
3 – питатель;
4 – отливка;
5 – стержень.
Н = Н в.о. + h в – b/2, (19)
где Н в.о. – высота верхней опоки, Н в.о. = 15см;
h в – высота уровня металла в воронке, h в =6см (высота воронки Н в = 75 мм) ;
b - высота стержня, b = 18.4 см.
Н = 15 + 6 – 18.4/2 = 11.8 см.
Р = h м.в. – b/2, (20)
где h м.в. – высота модели верха, h м.в. = 26.25 см.
Р = 26.25 – 9.2 = 17.05 см.
С = h м.в. + h м.н. (21)
где h м.н. – высота модели низа, h м.н. = 15.5 см.
С = 26.25 + 15.5 = 41.75 см.
Тогда рабочий напор равен:
Коэффициент расхода л.с.:
Для соотношения (10):
Время заливки определяется по формуле Беленького, Дубицкого, Соболева:
где S – коэффициент времени, для стальных отливок S = 1.4?1.6 , принимаем S = 1.5;
d - толщина определяющей стенки, d = 15мм;
G – масса отливки вместе с л.с., кг.
Тогда SF п равна:
Скорость заливки:
Общая формула для определения площадей сечения остальных элементов л.с.:
F i = F п *k i *P i , (25)
где F п – площадь одного питателя, см 2 ;
k i – отношение площади i – ого элемента л.с. к суммарной площади питателей, обслуживаемых i-ым элементом;
P i – число питателей, обслуживаемых i – ым элементом, P i = 4.
Для питателя:
Для литникового хода:
F л.х. = 4.21*1.15*4 = 19.36см 2 .
Для стояка:
F ст = 4.21*1.3*4 = 21.89см 2 .
Рис.2. Сечения элементов литниковой системы
1.7. Расчет размеров прибылей и холодильников
Усадочные раковины образуются в отливках вследствие уменьшения объема жидкого металла при охлаждении и, в особенности, при переходе его из жидкого состояния в твердое. Они относятся к числу основных пороков отливок, с которыми литейщикам приходится повседневно работать. Для борьбы с усадочными раковинами применяются литейные прибыли, представляющие собой резервуары жидкого металла, из которых происходит пополнение объемной усадки отдельных частей отливки, расположенных вблизи прибыли.
От эффективности работы прибыли зависит качество отливки и процент выхода годного литья. Установка прибылей способствует выполнению принципа направленной кристаллизации.
Прибыль должна:
Обеспечить направленное затвердевание отливки к прибыли; поэтому ее надо устанавливать на той части отливки, которая затвердевает последней;
Иметь достаточное сечение, чтобы затвердеть позже отливки;
Иметь достаточный объем, чтобы усадочная раковина не вышла за пределы прибыли;
Иметь конструкцию, обеспечивающую минимальную поверхность.
Холодильники, как правило, применяются для регулирования скорости затвердевания различных частей отливки с целью достижения принципа равномерного или одновременного затвердевания.
Применение верхней л.с. позволяет получить в отливке температурный градиент соответствующий направленному затвердеванию. Таким образом, на верхние по заливке массивные части (разогретые заливаемым металлом) устанавливаем прибыли. В нижние по заливке массивные части попадет холодный металл, поэтому эти части не требуют дополнительного охлаждения, и, соответственно применения холодильников.
Расчет прибылей по методу проф. Андреева
Большинство способов расчета прибылей основаны на "методе вписанных окружностей". Суть его заключается в том, что на листе бумаги в натуральную величину вычерчивается термический узел и в него вписывают окружность так, чтобы она касалась стенок отливки. Окружность диаметром d и есть размер термического узла (рис. 3).
Рис. 3. Термический узел.
Прибыль №1
D – наружный диаметр узла, D = 23 см;
D o – внутренний диаметр узла, D o = 18 см.
Диаметр прибыли, см:
D п = d o + d 1 , (28)
D п = 1.0 + 3.18 = 4.18см
Высота прибыли, см:
Н п = d o + 0.85* D п, (29)
Длина прибыли: L п1 = 32.18см.
Прибыль №2
Диаметр круга, вписанного в узел , см:
где a – толщина боковой стенки, a = 1.5 см;
D – наружный диаметр узла, D = 20 см;
D o – внутренний диаметр узла, D o = 15 см.
Диаметр кольца компенсирующего металла, см:
где Н – высота питаемого узла, Н = 6.5 см.
Диаметр прибыли, см:
D п = d o + d 1 ,
D п = 1.0 + 3.18 = 4.18см
Высота прибыли, см:
Н п = d o + 0.85* D п,
Н п = 1.0 + 0.85*4.18 = 4.55см
Длина прибыли: L п2 = 29.04см.
Объем прибылей
Масса прибылей:
G пр = (V пр1 + V пр2)*r ж.ме. , (32)
G пр = 2*(551.59 + 497.77)*7 = 14691.04г.
Выход годного равен:
где G л.с. – масса л.с., G л.с. равен 10?15% от G отл, принимаем 12%.
G л.с. = 0.12*92.66 = 11.12кг
Так как ТВГ значительно больше принятого, то скорректируем объем прибылей для получения принятого ТВГ.
Требуемая масса прибылей равна:
Суммарный объем таких прибылей равен:
Тогда скорректированные параметры прибылей равны:
Н п = 10.5см.
Масса этих прибылей:
G пр = 2*(1450.45 + 1308.92)*7 = 38631.18г.
Тогда конечный ТВГ равен:
Что очень близко к принятому.
1.8. Обоснование применяемой оснастки
Основную массу фасонных отливок из различных литейных сплавов изготовляют в разовых песчаных формах. Для получения таких форм используют специальную модельно–опочную оснастку, необходимую для получения частей формы, стержней и их сборки. Комплект модельно–опочной оснастки включает: модели и модельные плиты для изготовления по ним частей формы, стержневые ящики для изготовления стержней, вентиляционные плиты для образования вентиляционных каналов в стержнях, плоские и фигурные (драйеры) сушильные плиты для сушки стержней, опоки, приспособления для контроля формы в процессе сборки, а также холодильники, штыри для соединения опок и другой инструмент.
Моделями называют приспособления, предназначенные для получения в литейных формах полостей, конфигурация которых соответствует изготовляемым отливкам.
Для машинной формовки модели монтируют на специальных плитах, которые называют модельными плитами. Для серийного производства данной отливки используем одностороннюю наборную плиту (модель, расположенную только на одной верхней стороне, крепят к плите болтами по ГОСТ 20342-74).
В условиях серийного производства отливок используются металлические модели и плиты. Они имеют следующие преимущества: долговечность, большую точность и более гладкую рабочую поверхность. Их используют при машинной формовке, которая предъявляет определенные требования к конструкции и качеству модельной оснастки. Материалом для модели данной отливки, а также для плиты служит сталь марки Ст 15Л (высокая прочность и износостойкость).
Конструкция модельной плиты (0280-1391/002 ГОСТ 20109-74) зависит главным образом от типа машины, на которой будет изготовляться полуформа, конструкции отливки, получаемой по данному модельному комплекту. Модельная плита по периметру имеет вентиляционные отверстия (венты), необходимые для удаления воздуха при импульсной формовке. Количество вент определяется соотношением, диаметр венты 5?6мм.
Для фиксирования опоки на плите они имеют 2 штыря: центрирующий (0290-2506 ГОСТ 20122-74), который предохраняет опоку от смещений в горизонтальном направлении, и направляющий (0290-2556 ГОСТ 20123-74), предохраняющий опоку от смещений относительно поперечной оси плиты.
Конструкция стержневого ящика зависит от формы и размеров стержня и способа его изготовления. По конструкции стержневые ящики подразделяют на неразъемные (вытряхные) и разъемные.
Выбор направления заполнения ящика смесью зависит, прежде всего, от метода изготовления стержня, а также от установки каркасов и холодильников.
В серийном производстве применяют металлические стержневые ящики. Их делают чаще разъемными с горизонтальным и вертикальным разъемом.
Для изготовления стержней данной отливки применяем пескодувный способ. Для пескодувных машин применяют разъемные стержневые ящики. При заполнении смесью они испытывают избыточное давление воздуха, абразивное действие песчано-воздушной струи, а также усилие поджима ящика к надувному соплу машины, поэтому они должны обладать повышенной жесткостью, прочностью, быть герметичными по плоскости разъема и наддува.
Для производства данной отливки в условиях серийного производства и импульсной формовки применим опоки для автоматических линий. Такие опоки имеют усиленные стенки без вентиляционных отверстий. Особенностью опок для формовки на автоматических линиях является их не взаимозаменяемость, т.е. опоки для низа и верха разные. Опока для низа не имеют втулок для скрепляющих штырей. Вместо втулок опока низа имеет коническое отверстие, в котором закрепляется штырь.
Опока верха имеет центрирующую (0290-1053 ГОСТ 15019-69) и направляющую (0290-1253 ГОСТ 15019-69) втулки.
Для сушки стержней применяем сушильные плиты с ровной опорной поверхностью. Основное требование к ним максимальная жесткость конструкции при минимальной массе. Для выхода газа из стержней в плитах предусмотрена система отверстий.
Для выполнения в стержне вентиляционных каналов применяют вентиляционные плиты. Вентиляционные каналы в стержне всегда должны быть расположены вполне определенно, особенно, если они являются частью общей вентиляционной системы.
Шаблоны предназначены для контроля размеров стержней и форм, предварительной сборки нескольких стержней в один общий узел, проверки установки стержней в форме и так далее.
1.9. Расчет размеров опок, массы груза
Рис.3. Расстояние между отливкой и отдельными элементами формы
Длина опоки:
L о = L м + 2*c + d ст, (35)
где L м – длина модели, L м = 836мм;
d ст – диаметр стояка, мм.
L o = 836 + 2*50 + 53 = 989мм
По ГОСТ 2133-75 длина опоки L o = 1000мм .
Ширина опоки:
B o = B м + 2*c, (37)
где B м – ширина модели, B м = 752мм;
с – расстояние между моделью и стенкой опоки, с = 50мм ;
B o = 752 + 2*50 = 852мм.
По ГОСТ 2133-75 при длине опоки L o = 1000мм B o = 800мм .
Высота нижней опоки:
H н.о. = h м.н. + b , (38)
где h м.н. – высота модели низа, h м.н. = 190мм;
b – расстояние между низом модели и низом формы, b = 70мм .
H н.о. = 190 + 70 = 260мм.
По ГОСТ 2133-75 высота нижней опоки Н н.о. = 250мм .
Высота верхней опоки:
H в. о. = h м. в. + a, (39)
где h м.в. – высота модели верха, h м.в. = 262мм;
b – расстояние между верхом модели и верхом формы, b = 70мм .
H в.о. = 262 + 70 = 332мм.
По ГОСТ 2133-75 высота верхней опоки H в.о. = 300мм .
Подъемная сила, действующая на верхнюю полуформу:
P ф = (SF i *H i)*g м + P ст. (40)
где Р ст – подъемная сила, действующая на стержень, Р ст = 208303.576г.
F i – горизонтальная проекция поверхности элемента литейной формы, находящегося под давлением столба металла высотой Н i ;
Н i – высота столба металла, измеряемая от поверхности F i , до уровня металла в литниковой воронке;
g м – удельный вес жидкого металла, для стали g м = 7г/см 3 .
SF i *H i = {*25.3 + [(7.5 2 – 6.5 2)*3.14]*20.3/2 + *9.8 + 22*.08*27 + *20.3 + *20.3 +*34.8}*2 = 46306.084.
Тогда подъемная сила, действующая на верхнюю полуформу равна:
P ф = 46306.084*7 + 208303.576= 532446.164 г.
Масса груза:
P гр = P ф *K – Q в.п.ф. , (41)
где K – коэффициент запаса, учитывающий явление гидравлического удара при контакте металла с потоком формы, K=1.3 – 1.5, принимаем K=1.4;
Q в.п.ф. – масса верхней полуформы, г,
Q в.п.ф. = Q в.п. + Q см.в.о. , (42)
Q в.п. – масса металла опоки, т.к. масса опоки мала по сравнению с
массой смеси в ней, то Q в.п. = 0;
Q см.в.о. – масса смеси в верхней полуформе, г,
Q см.в.о. = (L*B*H в.о. – V м.в.)*g см, (30)
где g см – плотность формовочной смеси, g см = 1.5 – 1.8г/см 3 , принимаем
g см = 1.65 г/см 3 .
V м.в. – объем модели верха, см 3 ;
V м.в. = {(25 2 + 16 2)*10.7*3.14/4 + 20.5*33*10.7 + 22*0.8*9 + (7.5 2 – 6.5 2)*6.5* 3.14/2 + 1450.45 + 1308.92 + (18.2*1.9 + 6.2*1.9)*15.7 + (5*5.5 + 5*5.5 +3*5.5)*15.7 +(11.5*5.5 + 10*5.5 – 2*3.14*1.5 2)*1.2 + 70.4*12}*2 = 41038.59 см 3 .
Q в.п.ф. = Q см.в.о. = (100*80*30 – 41038.59)*1.65 = 328286.33г.
Тогда масса груза:
P гр = 532446.164*1.4 – 328286.33 = 417138.3г.
1.10. Выбор формовочных и стержневых смесей
Формовочными материалами называют материалы, применяемые для изготовления литейных форм и стержней.
Формовочные материалы в зависимости от условий их применения должны отвечать следующим требованиям:
Обеспечивать необходимую прочность смеси в сыром и сухом состояниях;
Предотвращать прилипаемость смеси к модельной оснастке;
Придавать смеси текучесть, необходимую для воспроизведения контуров модели и стержневого ящика;
Обладать низкой газотворной способностью;
Обеспечивать податливость формы или стержня при затвердевании и охлаждении отливки;
Обладать достаточной огнеупорностью и низкой пригораемостью к отливке;
Обеспечивать хорошую выбиваемость формы и стержня;
Обладать низкой стоимостью, быть недефицитными и безвредными для окружающих;
Иметь низкую гигроскопичность;
Быть долговечными.
Формовочные пески являются основными наполнителями формовочных и стержневых смесей. В качестве формовочных в большинстве случаев применяют кварцевые пески, состоящие из зерен кремнезема (Si 2 O) определенной величины и формы. Широкое применение этих песков объясняется тем, что они в высокой степени соответствуют условиям работы литейной формы.
Формовочные глины применяют в качестве минерального связующего в формовочных и стержневых смесях. Формовочными глинами называют горные породы, состоящие из тонкодисперсных частиц водных алюмосиликатов, обладающих связующей способностью и термохимической устойчивостью и способных обеспечить прочные, не пригорающие к поверхности отливок формовочные смеси. При формовке по-сырому отдается предпочтение бентонитовым глинам.
При изготовлении стержневых смесей добавка формовочной глины не обеспечивает получения надлежащей прочности стержней, поэтому в смеси вводят другие связующие добавки, обладающие более высоким значением удельной прочности. Такие добавки называются связующими материалами или крепителями. Связующие материалы должны обладать следующими требованиями:
При приготовлении формовочных и стержневых смесей равномерно распределяться по поверхности зерен формовочного песка за определенное время;
Обеспечивать пластичность смеси;
Обеспечивать быстрое высыхание стержня и формы;
Не обладать гигроскопичностью;
Обладать малой газотворной способностью при сушке и заливке расплава в форму;
Обеспечивать податливость формы и стержня;
Не снижать огнеупорность формовочной и стержневой смеси;
Легко разрушаться при выбивке формы;
Быть безвредными для окружающих, дешевыми и недефицитными.
В качестве связующих материалов используем крепители Б-2 и Б-3. Эти крепители рекомендуется применять для стержневых смесей, из которых изготавливают стержни IV класса, к которым относятся стержни для данной отливки. К этому классу относят стержни несложной конфигурации, образующие внутренние обрабатываемые полости в отливках или внутренние необрабатываемые поверхности, к которым не предъявляются высоких требований .
Крепители Б-2 (декстрин, пектиновый клей) и Б-3 (патока, сульфидно-спиртовая барда) обладают многими общими технологическими свойствами, что позволяет заменять эти материалы друг другом при незначительном изменении состава смеси.
Стержневые смеси и стержни на крепителях Б-2 и Б-3 отличаются следующими свойствами:
- После сушки стержни на крепителях Б-2 имеют достаточно высокую прочность.
- Прочность сухих и сырых стержней резко увеличивается при добавлении в состав смеси глины.
- Текучесть смесей умеренная.
- Температура сушки стержней 160°С - 180°С.
- Стержни обладают достаточной поверхностной прочностью.
- Газотворная способность смесей невелика.
- Стержни для снижения пригораемости подвергают окраске.
- Выбиваемость стержней удовлетворительная, если в смесях не содержится глины.
Классификация формовочных смесей
Качество и стоимость отливок в значительной степени зависят от правильного выбора состава и технологических свойств формовочной смеси. При выборе состава смеси учитывают:
Род заливаемого металла, сложность и назначение отливки;
Наличие необходимых материалов;
Серийность производства;
Технологию изготовления и сборки форм;
Планируемую себестоимость.
По виду заливаемого металла смеси делятся на 3 группы: для стальных, чугунных и отливок из цветных сплавов. Такое деление обусловлено, прежде всего, температурой заливки металла в форму. Для стали, эта температура составляет »1550°С .
Независимо от рода металла формовочные смеси делятся:
По характеру использования – на единые, облицовочные и наполнительные;
По состоянию формы перед заливкой – на смеси для форм, заливаемых в сыром состоянии (формовка по-сырому), и смеси для форм, заливаемых в сухом состоянии (формовка по-сухому).
Если смесь заполняет весь объем формы, то она называется единой. Такие смеси применяют при машинной формовке в цехах серийного и массового производства. Поскольку эти смеси непосредственно воспринимают агрессивное воздействие металла, они должны иметь высокие технологические свойства. Поэтому единые смеси готовят из наиболее огнеупорных и термохимически устойчивых формовочных материалов, которые обеспечивают долговечность смесей.
Применение единых смесей позволяет сократить цикл приготовления формы и тем самым повысить производительность формовочных агрегатов.
Для единых смесей особенно высокие требования предъявляются по газопроницаемости – эти смеси применяются при формовке по-сырому и поэтому обладают высокой газотворной способностью. Отсюда вытекает условие, чтобы требуемая прочность достигалась при минимальном содержании глины, что дает возможность снизить влажность смеси. Поэтому для единых смесей чаще используют бентонитовые глины, имеющие наибольшую связующую способность. В сочетании с добавками крепителей Б-2 и Б-3 бентониты позволяют получить формовочные смеси с влажностью 1.8 – 2.5%. Иногда воду заменяют органическими растворителями (например, этиленгликолем), при этом резко улучшается чистота поверхности и снижается брак отливок.
Формовочные смеси для стального литья
Формовочные смеси для стального литья отличаются от смесей для чугунного литья большей огнеупорностью, так как температура заливки стали превышает 1500°С. Высокая температура заливки способствует увеличению химического и термического пригара, поэтому трудности получения оливок с чистой поверхностью увеличиваются.
Для приготовления формовочных смесей применяют в основном обогащенные и кварцевые пески классов 1К и 2К с содержанием кремнезема не менее 95%. Глинистые пески для изготовления форм стального литья не применяют.
При изготовлении форм для отливки малой массы предпочтительно применяют кварцевые пески зернистостью 016А 02А, что обеспечивает низкую шероховатость поверхностей отливок.
Состав смеси :
Песок 1К016А - 8%,
Оборотная смесь –90%,
Сульфитно-дрожжевая бражка – 1%,
Глина – 1%.
Влажность смеси: 3.5?4.5%.
Стержневые смеси для стального литья
Стержни в процессе заливки испытывают значительно большие термические и механические воздействия по сравнению с формой, поскольку обычно они окружены расплавом. По этой причине к стержневым смесям предъявляются более жесткие требования.
Прочность стержней в сухом состоянии и поверхностная твердость должны быть выше, чем у формы. Стержневые смеси должны иметь большую огнеупорность, податливость и небольшую гигроскопичность, особенно при формовке по-сырому, высокую газопроницаемость и малую газотворную способность, хорошую выбиваемость.
Состав смеси :
Песок 1К016 – 97?98%;
Глина – 2?3%;
Крепитель Б-3 (сульфидная барда) – 4.3%;
Связующее СБ (или КО) – 3.6%;
Влажность – 2.8?3.4%.
1.11. Режим сушки форм и стержней
Формы и стержни сушат с целью увеличения их газопроницаемости, прочности, уменьшения газотворной способности и, в конечном счете, повышения качества отливок. Режим сушки стержней и форм устанавливают для различных групп стержней и форм опытным путем.
Так как стальные отливки массой до 500кг целесообразно заливать по-сырому, то сушку форм производить не будем.
Процесс сушки стержней условно можно разделить на 3 этапа. На первом этапе прогревается вся толща стержня. Так как теплопроводность влажной смеси значительно больше, чем сухой, то в этот период сушки необходимо по возможности стремиться удерживать влагу в стержнях и не давать ей быстро испаряться.
На втором этапе сушки необходимо быстро повысить температуру до максимальной и выдерживать стержни при этой температуре в течение некоторого времени.
На третьем этапе сушки стержни охлаждаются до температуры разгрузки. Стержни в этот период не только охлаждаются, но и досушиваются за счет аккумулированной в них теплоты.
Для хорошей сушки стержней необходимы следующие условия:
Постоянный подъем температуры в камере сушила, а затем поддержание равномерной максимально допустимой температуры в течение сушки;
Колебания температуры в различных зонах рабочего объема сушила не должны превышать при сушке 10 - 15°С;
Обеспечение равномерного движения газов во всем объеме сушила со скоростью 1.8 – 2.2м/с.
Стержни на крепителях Б-2 и Б-3 сушат при 160 - 180°С. Эти крепители твердеют в результате потери растворителя при испарении во время нагрева (тепловой сушки). Поэтому режим сушки стержней на этих крепителях должен быть таким, чтобы они сохраняли небольшое количество влаги.
Продолжительность сушки стержней составляет 3.0 – 7.0ч .
Карта технологического процесса
Список литературы
- Литейное производство: Учебник для металлургических специальностей вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1987
- Титов Н.Д., Степанов Ю.А. Технология литейного производства: Учебник для машиностроительных техникумов. – 2-е изд. перераб. – М.: Машиностроение, 1978
- Абрамов Г.Г., Панченко Б.С. Справочник молодого литейщика. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1991
- Климов В.Я. Проектирование технологических процессов изготовления отливок: Учебное пособие. – Новокузнецк: СМИ, 1987
- Климов В.Я. Курсовое проектирование по технологии литейной формы. – Новокузнецк: СМИ, 1979
- Аксенов П.Н. Литейное производство: Учебник для машиностроительных техникумов. – 3-е изд. – М.: Машиностроение, 1950
- ГОСТ 26645-85. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку. – М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1986
- ГОСТ 3606-80. Комплекты модельные. Стержневые знаки. Основные размеры. – М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1980
- ГОСТ 2133-75. Опоки литейные. Типы и основные размеры. – Государственный стандарт СССР
- Климов В.Я. Проектирование литниковых систем: Учебное пособие. – Новокузнецк: СМИ,1993
- Климов В.Я., Князев С.В., Куценко А.И. Формовочные материалы и смеси: Учебное пособие. – Новокузнецк: СМИ, 1992
- Климов В.Я., Антонов В.П., Кувыкин Ю.Ф. Проектирование прибылей: Учебное пособие. – Новокузнецк: СибГГМА, 1995
- Василевский П.Ф. Технология стального литья. М.: Машиностроение, 1974
- Василевский П.Ф. Литниковые системы стальных отливок. МАШГИЗ, 1956