Разработка технологического процесса изготовления отливки кронштейна

Кронштейн. Чертеж детали.cdw

Чертеж прессформы.cdw

Курсовая.doc

(ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Факультет Металлургических технологий
ресурсосбережения и экологии
Кафедра Технологии литейных процессов
«Разработка технологического процесса изготовления отливки»
Студент: Хорошев О.С.
Преподаватель: проф. Белов Владимир Дмитриевич
Разработать технологию изготовления отливки «кронштейн» сделать
данную отливку более технологичнее.
– определение технологичности отливки.
– разработка технологии изготовления отливки.
– разработка конструкции металлической формы.
– расчет литниковой системы.
– разработка конструкции пресс-формы.
– определение количества стержней их границ и знаков.
– описать технология плавки и разливки сплава
Перечень графического материала:
Чертёж отливки с литниковой системой.
Чертеж формы в сборе.
Чертёж вида на пуансон.
Технологический процесс изготовления отливки . 6
1 Оценка технологичности конструкции отливки и выбор способа литья. 6
2 Выбор оптимальной поверхности разъема формы. 7
3 Выбор припусков на механическую обработку. 7
Разработка конструкции металлической формы. 9
1 Выбор литниковой системы. 9
2 Выбор места подвода питателей. 9
3 Выбор машины литья под давлением. 10
4 Проверка правильности выбора машины 11
5 Расчет литниковой системы. 12
5.1 Расчет площади сечения питателей. 12
5.2 Расчет площади сечения литника. 12
5.3 Расчет диаметра камеры прессования. 13
6 Расчет порции сплава заливаемого в камеру прессования. 13
7 Расчет необходимой скорости прессования 14
8 Расчет времени запресовки 14
9 Расчет усилия запирания формы 15
10 Выбор давления прессования 15
Разработка конструкции пресс-формы. 16
1 Конструкция пресс-формы 16
2 Устройство для извлечения стержней. 17
3 Исполнительные размеры рабочей полости литейной формы. 18
4 Нагрев и охлаждение пресс-формы .. 18
5 Материал для изготовления пресс формы . .. ..19
6 Выбор состава смазки для формообразующей поверхности пресс-формы и
способ ее нанесения 19
7 Проектирование вентиляционной системы пресс-формы 20
Технология плавки и разливки сплава. 20
1 Шихтовые материалы. 20
2 Выбор плавильной печи технология плавки. 21
3 Технология заливки форм. Конструкция ковшей. 23
4 Расчет времени выдержки отливки в форме . .. .. 23
5 Финишная обработка отливок .. 24
Список использованных источников 26
Цель курсовой работы – систематизация углубление и закрепление знаний
и навыков полученных при изучении курса «Производство отливок из сплавов
Основными задачами курсовой работы являются:
– анализ исходных данных для разработки работы;
– оценка технологичности конструкции детали;
– выбор возможных вариантов проектных решений на основе изучения
источников технической информации и их анализа;
– технологические расчеты связанные с принятым техническим решением;
– графическое оформление проектируемого технологического процесса;
– выполнение работ регламентируемых стандартами;
– оформление пояснительной записки с описанием проектных решений
технологических расчетов и разработок.
– конструирование пресс-формы и разработка технологического процесса
для получения годной отливки в условиях массового производства.
Отливку будем изготавливать методом литья под поршневым давлением из
сплава ЦАМ4-1. Основные технологические решения направлены на уменьшение
трудоемкости изготовления отливки.
Технологический процесс изготовления отливки.
1 Оценка технологичности конструкции отливки и выбор способа литья.
Деталь «кронштейн» имеет массу 0620 кг. Преобладающая толщина стенки
детали 5 мм габаритные размеры: 120 ( 60 ( 80 мм.
Конструкция детали технологична. Конфигурация и расположение полостей и
поверхностей подвергаемых обработке удовлетворяют основным требованиям
литейной технологии.
В условиях массового производства учитывая материал отливки (сплав
ЦАМ4-1) наиболее целесообразно и экономически выгодно выполнять отливки
методом литья в металлическую форму под давлением.
Данный метод литья имеет следующие преимущества:
– повышенная размерная точность отливок;
– высокая производительность процесса;
– многократность использования литейных форм;
– возможность автоматизации процесса;
– возможность получения стабильной плотности и структуры отливок;
– возможность получения высоких механических и эксплуатационных свойств;
– позволяет успешно решить задачу максимального приближения литой заготовки
по конфигурации и размерам к готовой детали.
Несмотря на недостатки (высокие трудоемкость изготовления и стоимость
металлической формы повышенная склонность к возникновению внутренних
напряжений в отливке вследствие затрудненной усадки газоусадочная
пористость вследствие которой отливки нельзя термически обрабатывать)
метод литья под давлением полностью удовлетворяет получению необходимого
качества отливки и является наиболее оптимальным.
2 Выбор оптимальной поверхности разъема формы.
Наиболее оптимальной поверхностью разъема формы является плоскость
обозначенная на чертеже отливки. Выбор такого разъема дает следующие
– обеспечивается минимальное количество стержней;
– отливка после раскрытия формы остается в пуансоне;
– обеспечивает направленное вытеснение газов из формы.
3 Выбор допусков и припусков на механическую обработку.
Для технологического процесса литья в металлическую форму под давлением.
Для цветного сплава. Для наибольшего габаритного размера отливки 120 мм
назначаем класс размерной точности 5.
Для 5 класса точности назначаем допуски размеров отливки:
Номинальные размеры мм 30 80
Допуски размеров отливки мм 036 056
Для выбранного технологического процесса типа сплава наибольшего
габаритного размера 120 мм назначаем степень точности поверхностей
По степени точности поверхностей 4 назначаем ряд припусков на обработку
Степень коробления элементов отливки назначаем равной 4.
По степени коробления 4 назначаем допуск формы и расположения элементов
Допуски формы и расположения элементов отливки мм 024 024
Назначаем вид окончательной механической обработки – отсутствует.
Точность обработки отливки и припуски отливки средние.
Назначаем общие допуски элементов отливки:
Общие допуски элементов отливки мм 036 070
Для выбранного технологического процесса типа сплава номинальной
массы отливки 0690 кг назначаем класс точности массы отливки 3.
Для номинальной массы отливки 0690 кг класса точности массы отливки 3
назначаем допуск массы отливки 20 %
Расчет процесса заполнения формы и питания отливки
1 Выбор литниковой системы.
Для изготовления отливки целесообразно применить внешнюю литниковую
систему т.к. проще производить операции по ее отделению. Конструкция
отливки не позволяет осуществить внутренний подвод металла. Внешний подвод
металла позволяет создать направленное заполнение формы и ее вентиляцию а
также возможность изготовления двух и более отливок в форме.
2 Выбор места подвода питателей.
Подвод металла будет осуществляться как указанно на чертеже отливки;
Такой подвод металла обеспечивает:
– предотвращение лобового удара струи о стенки стержни выступы
вызывающие завихрения в потоке;
– последовательное вытеснение воздуха и продуктов разложения смазочного
материала через вентиляционные каналы.
– избегать встречи потоков расплава в форме
Заполнение формы осуществляется двумя питателями который подводится к
стенке толщиной 60 мм. [4]
3 Выбор машины литья под давлением.
Для проведения расчета литниковой системы необходимо выбрать машину
литья под давлением.
отливок с литниковой системой составляет 1380 кг. Площадь
проекции отливок с литниковой системой на подвижную плиту формы составляет
Характеристики машины литья под давлением с горячей камерой
Усилие запирание пресс-форм
Расстояние между колоннами по горизонтали и вертикали в свету 420 мм
заливаемой порции цинкового сплава
Наибольшее усилие прессования
Количество позиций заливки
Смещение позиций заливки вниз
Время одного двойного хода подвижной плиты не более
Наибольшее число циклов в час при непрерывной работе
Площадь проекции отливок в плоскости разъема формы см2:
Усилие выталкивания отливки
Наибольший ход гидровыталкивателя
4 Проверка правильности выбора машины.
Линейные размеры а следовательно и площадь проекции отливки на
подвижную плиту формы ограничиваются мощностью и размерами крепежных плит
Зависимость максимально допускаемой площади проекции отливки с
литниковой системой от мощности машины на закрытие выражается формулой:
5 Рзап = Руд. пр. Fпр.
где Рзап – усилие запирания машины (берется из технического паспорта на
Руд. пр. – удельное давление в камере прессования (берется из
технического паспорта на машину );
Fпр. – площадь проекции отливки с литниковой системой на подвижную
5 – коэффициент обеспечивающий прочное закрытие формы т.е.
противодавление в форме Руд. пр. ·Fпр. всегда должно быть меньше мощности
машины на закрытие формы. [4]
Площадь проекции конкретной отливки с промывниками и литниковой
системой Fпр не должна превышать величины взятой из паспорта машины
5 · 630000 = 40·106·000785
Условие выполняется выбранная машина нам подходит.
5 Расчет литниковой системы.
5.1 Расчет площади сечения питателя.
Расчет площади питателя ведем по формуле:
где mотл – масса отливки;
ρме – плотность металла;
k – коэффициент зависящий от конфигурации отливки и вида сплава. [4]
При дисперсионном режиме заполнения формы толщину питателя выбираем
Ширина и длина питателя рассчитывается как
5.2 Расчет площади сечения литника
Рассчитываем площадь сечения литника в самом узком месте по формуле
При этом глубина aл и ширина bл литника рассчитываются по эмпирическим
5.3 Расчет диаметра камеры прессования.
Диаметр камеры прессования Дпр должен быть не меньше минимального
допустимого значения определяемого из условия не раскрытия пресс-формы при
где n1 – коэффициент зависящий от скорости прессования (1.0 2.75);
Рпр и Рзап – усилия прессования и запирания машины;
Fпр – площадь проекции отливки с литниковой системой на плоскость
разъёма пресс-формы;[4]
Диаметр камеры прессования в соответствии с комплектностью машины
стаканами принимаем 30 мм.
6 Расчет порции сплава заливаемого в камеру прессования.
Порция сплава заливаемого в камеру прессования определяется по
объемам отливки (Vотл) литников с промывниками (Vл.с.) и пресс-остатка
Vм = Vотл + Vл.с. + Vп.о. см3
Vотл=mρ=69063=1095 см3
Vл.с.=( 16·03·13)·4=24 см3
Vп.о.=15 % · Vотл+л.с.=015·119=1678 см3
Vм = 1095 + 24 + 1678 = 12868 см3
По известному объему расплава заливаемого в камеру прессования
определяем его массу:
M = Vм·ρм=12868·6.3=8107 г
При изготовлении 2-х отливок массу металла заливаемого в камеру
прессования увеличиваем в два раза: М=16214г.
7 Расчет необходимой скорости прессования.
где – минимально необходимая скорость прессования;
– половина преимущественной толщины тела отливки;
– масса металла в форме;
– диаметр камеры прессования;
– плотность сплава;[4]
Коэффициент К зависит от марки сплава плотности металла и температуры
формы (табл. 2.25 пособие № 1321). Учитывая все эти факторы коэффициент К
принимаем равным 3.0.
8 Расчет времени запрессовки.
где – преимущественная толщина стенки отливки
К – коэффициент затвердевания
9 Расчет усилия запирания формы.
где Fпр – площадь проекции отливки с литниковой системой на плоскость
разъёма пресс-формы;
[pic] – поправочный коэффициент для машины с вертикальной камерой
прессования (05–06);
[pic] – скорость распространения звуковой волны в жидкости механизма
прессования примерно 1000 1200 мс.[4]
Из расчета видно что усилия запирания машины вполне достаточно для
плотного запирания формы.
10 Выбор давления прессования.
Рекомендуемое давление прессования учитывая толщину стенки отливки
конфигурацию отливки и тип сплава (по табл. 2.27 пос. № 1321) составляет
МПа. Давление определяется исходя из сплава и толщины стенки отливки.
Для уменьшения усадочной пористости осуществляется подпрессовка в
конечный момент прессования для чего используют механизмы прессования с
мультипликацией давления на расплав в камере прессования машины.
Разработка конструкции пресс-формы.
1 Конструкция пресс-формы.
Пресс-форма имеет две рабочие полости для получения отливок стержни
для выполнения двух отверстий системы каналов для подвода расплава в
рабочую полость (литниковую систему) и отвода воздуха и газов из полости
формы (вентиляционную систему) а также системы толкателей для выталкивания
отливки из пресс-формы и системы для извлечения стержней.
Кроме основных деталей пресс-форма имеет ряд вспомогательных крепежных
деталей конструкции и размеры которых определяются стандартами.
Формообразующие детали являются наиболее ответственными так как они
соприкасаются с жидким расплавом и наиболее сильно подвергаются термическим
и механическим нагрузкам. К формообразующим деталям относятся вкладыши
вставки литниковая втулка рассекатель стержни и выталкиватели.
Конструктивные детали служат для установки формообразующих деталей в
подвижной и неподвижной полуформах обеспечения их точного взаимного
расположения и направления а также для крепления пресс-формы к машине. К
этим деталям относятся неподвижные плиты-обоймы плиты подкладные и
прижимные плиты выталкивателей бруски постаменты контртолкатели
направляющие колонки направляющие втулки упоры и др.
Детали механизмов пресс-формы входят в приводы стержней
выталкивателей контртолкателей. Они должны обеспечивать перемещение без
перекосов всех подвижных частей пресс-формы в условиях повышенной
температуры а также обеспечивать стабильное положение формообразующих
деталей во время запрессовки жидкого металла. К деталям механизмов
относятся ползуны втулки фиксаторы и замки.[4]
Пресс-формы для литья под давлением деталей из цветных сплавов
соответствуют требованиям ГОСТ 19946-74.
Узлы и детали пресс-форм изготавливаются в соответствии с требованиями
ГОСТ 19933-74 19945-74.
2 Устройство для извлечения стержней.
Стержни которые требуется извлекать из полости формы имеют размеры:
мм и диаметр равный 145 мм располагаются в пуансоне; расстояние на
которое необходимо удалять стержни равно 40 мм.
Для извлечения стержней используем клиновые механизмы состоящие из
клина-пальца и ползуна. Использование таких механизмов позволяет совместить
раскрытие пресс-формы и удаление стержней. Поскольку применение клиньев
рекомендуется при удалении стержней на расстояние до 40 мм их
использование является наиболее рациональным при изготовлении данной
отливки. Угол наклона клина к продольной оси машины должен быть не более
о. Рабочая длина определяется по формуле:
где S – ход бокового стержня мм;
C – добавочный ход бокового стержня принимается равным 3 5 мм;
[pic] – угол наклона клина принимается равным 10 25о
Диаметр клина может быть рассчитан по формуле:
Р – усилие воспринимаемое клином– пальцем равное силе обжатия стержня
отливки рассчитанное по формуле:
S – площадь поверхности отливок которая обжимает вставку см²
р – усилие обжатия 100 200 кгсм2
[p [pic] – коэффициент трения 036 для цинковых
3 Исполнительные размеры рабочей полости литейной формы.
Размеры отливки по сравнению с размерами рабочей полости формы
уменьшаются на величину усадки. Поэтому рабочая полость формы с учетом
расширения в результате нагрева и нанесения защитного покрытия должна иметь
размеры больше размеров отливки на величину усадки а точнее на 10%.
Габаритные размеры металлической формы для литья под давлением выбираем
согласно ГОСТ 19933-74:
L= 360 мм L1= 415 мм
B= 360 мм В1= 415 мм
4 Нагрев и охлаждение пресс-формы.
Перед началом заливки форма должна быть нагрета до 150 180( С. Рабочая
температура формы поддерживается в течение всего процесса литья не
допускается перегрев формы. Нагрев формы осуществляется с помощью газовых
Система терморегуляции включает датчики для измерения температуры пресс-
формы в заданных местах – термопары .[6]
5 Материал для изготовления пресс-формы.
Материалы формообразующих деталей не должны вступать в физико-
химическое взаимодействие с расплавом должны обладать высоким
сопротивлением термоциклическим нагрузкам высокой твердостью вязкостью и
прочностью при нагреве малым коэффициентом термического расширения хорошо
обрабатываться мало деформироваться при термической обработке. Такими
свойствами обладают специальные стали легированные вольфрамом хромом
никелем молибденом ванадием. Конструктивные детали пресс- формы
изготовляются из конструкционных сталей 35 40 40Х 45.[3]
Для придания необходимых служебных свойств формообразующие детали пресс-
формы подвергаем термической и химико-термической обработке –
низкотемпературному цианированию на глубину 005 02 мм.
Детали Марки стали HRC
Вкладыши вставки стержни
рассекатели втулки литниковые.
Плиты-обоймы ползуны рейки 5XНМ 58 62
Плиты подкладные. 40Х 30 34
Колонки направляющие 45 –
Втулки ползуна втулки стержнейУ10А 50 55
6 Выбор состава смазки для формообразующей поверхности
пресс-формы и способ ее нанесения.
Для предохранения рабочей поверхности пресс-форм от налипания и
эрозионного воздействия расплава уменьшения трения при извлечении
стержней и облегчения извлечения отливок на рабочую поверхность наносим
жирную смазку (Прессол Э-1) .
7 Проектирование вентиляционной системы пресс-формы.
Глубина вентиляционных каналов составляет 01 мм.
Выбор делается исходя из режима заполнения места расположения
вентиляционных каналов скорости прессования и состояния сплава во время
запрессовки (табл. 2.28 пособие № 1321).
Технология плавки и разливки сплава.
1 Шихтовые материалы.
Состав сплава ЦАМ4-1:
Легирующие элементы % Примеси % не более
Отходы Х1 5500 4 1 0.04 0.01 0.05
00X1+6300X2+8000X3+6100X4+6200Х5>>MIN
X1+99.85X2+0.006X3>3.54
X1+99.85X2+0.006X34.34
X1+0.01X2+0.002X3+99.9X4+0.002Х5>0.76
X1+0.01X2+0.002X3+99.9X4+0.002Х51.26
05X1+0.08X2+0.004X3+0.005X40.05
015Х1+0.06Х2+0.004Х30.0015
X1=0.65000 X2=0.12499 X3=0.00021 X4=0.01261 X4=0.21219
2 Выбор плавильной печи технология плавки.
Плавка сплава ЦАМ4-1 проводится в индукционной тигельной печи.
Плавка цинка и сплавов на его основе ввиду их низкой температуры
плавления не представляет особых затруднений. Для плавления применяют
различные по конструкции печи. В цехах литья под давлением плавку ведут в
тигельных печах в чугунных тиглях. Цинк легко окисляется. Высокая
химическая активность компонентов сплава обусловливает образование на
поверхности расплава пленки шпинели ZnAl204. В процессе загрузки шихты и
перемешивания оксидная пленка разрушается обрывки ее замешиваются в
расплав. Обогащению расплавов оксидными пленами в большей мере способствует
использование некомпактных шихтовых материалов (литников стружки
сплесов). Для снижения интенсивности окисления плавку цинка и его сплавов
ведут под покровом древесного угля.
Обогащение оксидными включениями происходит также в результате
взаимодействия расплавов с футеровкой печи.
Для того чтобы исключить обогащение расплавов железом и повысить стойкость
режущего инструмента плавку цинковых сплавов необходимо вести в
индукционных тигельных или канальных печах и использовать для разливки
керамические тигли. В тех же случаях когда применение металлических
(чугунных или стальных) тиглей для плавки неизбежно внутреннюю поверхность
их покрывают слоем обмазки из смеси каолина с жидким стеклом. Технология
плавки сплавов системы Zn—A1—Си сравнительно проста. Шихтовыми материалами
для приготовления сплавов служат первичный цинк чистый алюминий
электролитическая медь и отходы собственного производства. Для ускорения
плавки и предупреждения перегрева расплава медь вводят в сплав в виде
лигатуры Al—Cu (50 : 50). Первоначально в печь загружают лигатуру отходы и
половину всего количества цинка. Поверхность шихты засыпают древесным
углем. Завалку расплавляют и перегревают до 530 550 С. Затем загружают
алюминий а после его растворения - цинк. Сплав перемешивают снимают уголь
и шлак и вводят магний. После тщательного перемешивания и удаления остатков
шлака при 420 450 °С проводят рафинирование хлористым аммонием или
гексахлорэтаном и переливают расплав в раздаточные печи миксеры машин
Непрерывного литья слитков или разливают в изложницы. Во время перелива
если это необходимо расплавы фильтруют через зернистые фильтры.[6]
Температурный режим. Выпуск металла из печи осуществляется при
температуре которая складывается из температуры заливки и потерь:
Твыпуска = Тзаливки+ ΔТпотерь
Тзаливки = Тликвидус + ΔТперегрева = 395 + 20 = 415 С.
3 Технология заливки форм.
Заливка формы в методе литья под давлением ведется с помощью камеры
Заливку металла ведут в нагретые до 120 150 С формы.
В целях снижения величины усадочных напряжений в отливках их извлекают
из металлических форм сразу же после приобретения ими достаточной
механической прочности (при 120 150 С).
4 Расчет времени выдержки отливки в форме.
Расчет времени выдержки отливки в форме проводим по формулам [4]:
VОТЛ - объем отливки VОТЛ =69.0 ·10-6 м3;
FЭФ - площадь отливки соприкасающаяся с формой FЭФ =0.0144м2;
bФ - теплоаккумулирующая способность формы bФ = 1680 Вт·с12(м2·К);
t ЗАЛ - температура заливки формы t ЗАЛ = 415 0С;
t КР - температура кристаллизации сплава
tКР = (t Л + t С)2=(390+377)2= 383.50С;
t Л - температура ликвидуса сплава t Л =390 0С;
t С - температура солидуса сплава t С = 377 0С;
t Ф - начальная температура формы t Ф = 150 0С;
t ВЫБ - температура выбивки отливки t ВЫБ = 190 0С;
L - удельная теплота кристаллизации сплава L = 110000 Джкг;
CЖ CТВ - удельные теплоемкости жидкого и твердого расплава CЖ = 480
Дж(кг·К) CТВ = 410 Дж(кг·К);
[pic] – плотности жидкого и твердого расплава
[pic]= 6300 кгм3 [pic]= 6700 кгм3
Общее время затвердевания (=1.0+8.4 +6.0 =15.4 сек
5 Финишная обработка отливок.
Отливка из открытой формы извлекается рабочим и подается на обрубку.
Обрубку отливок изготовленных литьем под давлением производят в
обрубных штампах на прессах. Зачистку отливок и удаление заусенцев
осуществляют шарошками (абразивными и металлическими).
Целью данной курсовой работы было создание технологичной отливки
методом литья под давлением. Разработки направлены на снижение
материальных трудовых и энергетических ресурсов повышения
производительности труда и улучшения качества отливки снижение дефектности
и брака отливок повышение степени механизации и автоматизации
технологических операций обеспечение санитарных норм и снижение вредных
Список использованных источников:
Литейное производство: Учебник для металлургических ВУЗов. 2-е издание.
Переработанное и дополненное. М: Машиностроение 1987.
ГОСТ 3.1125-88 Правила графического выполнения элементов литейных форм и
Цветное литье: Справочник Н.М. Галдин Д.Ф. Черенега Д.Ф. Иванчук и
др.; Под общ. ред. Н.М. Галдина. – М.: Машиностроение 1989.
Белов В. Д. Технологические основы литейного производства. Учебное
ГОСТ 19933-74. Пресс-формы литья под давлением.
А.В. Курдюмов М.В. Пикунов В.М. Чурсин Е.Л. Бибиков. Производство
отливок из сплавов цветных металлов. М.: МИСиС 1996.

Спецификация..doc

ФормЗонПозОбозначение Наименование КолПримечание
0501-0107 Плита крепления подвижная 1
0501-0107005 Стойка 2
16Г(90 Штифт цилиндрический 8
0501-0107008 Плита съема 1
0501-0107007 Плита выталкивателей 1
1030-2082 Колонка ГОСТ 17386-72 2
1032-1407 Втулка ГОСТ 17389-72 2
0503-0301 Колонка возврата ГОСТ 4
М20(170.30.05 Болт ГОСТ 7798-70 6
0501-0107004 Плита подкладная 1
0107003 Обойма подвижная 1
1032-1391 Втулка ГОСТ 17388-72 4
М20(50.26.05 Болт ГОСТ 7798-70 6
1030-1952 Колонка ГОСТ 17385-72 4
Втулка литниковая 1
0503-0311 Толкатель ГОСТ 19939-74 2
0501-0107002 Обойма неподвижная 1
0501-0107001 Плита крепления неподвижная 1
М15(40.32.05 Болт ГОСТ 7798-70 8
16Г(120 Штифт цилиндрический 4
4.КП.2006.01.013.20
РазработаХорошев Спецификация

Чертеж прессформы. Разрез А-А.cdw

Чертеж оттливки.cdw