Разработка технологического процесса получения отливки кронштейна

КП по технологии.doc

Министерство Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«РЫБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВИАЦИОННАЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ П. А. Соловьева»
Факультет очно-заочного обучения
Кафедра «Материаловедение литье и сварка»
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по курсовому проекту по дисциплине
«Технология литейного производства»
«Разработка технологического процесса получения отливки »
Студент группы ВЛ-05 Иванова И. А.
Преподаватель Акутин
Выбор способа формовки
Выбор поверхности разъема формы
Выбор стержневых уклонов
Выбор стержневых знаков и конструирование стержней
Выбор формовочной смеси
Выбор формовочной машины для изготовления полуформ
Выбор стержневой смеси
Выбор оборудования для изготовления стержней
Обоснование выбора оснастки
Параметры точности отливки и припуски на механическую обработку
Расчет литниковой системы
Расчет времени охлаждения отливки в форме
Отливка «Кронштейн» имеет габаритные размеры 140×130×115мм
массу 147 кг изготавливается из алюминиевого сплава серийностью
00штук. Отливка относится к категории средних. Для ее изготовления
используем метод литья в песчано-глинистые формы. Данный технологический
процесс обеспечивает выполнение технических требований предъявляемых к
отливке (по геометрии шероховатости серийности). Этот способ литья
позволяет получать отливки любых конфигураций размеров и массы пир любой
серийности а также он достаточно прост и дешев.
Для изготовления отливки используем комплексную автоматическую
линию предназначенную для изготовления отливок в сырых одноразовых песчано-
глинистых формах в литейных цехах серийного производства.
При серийном производстве используют литье в сырые песчаные формы
изготавливаемые на формовочных машинах или автоматических линиях. Этот вид
литья целесообразен для отливок массой до 100 кг и высотой до 300 мм. Когда
давление металла на стенки формы не превышает 25 кПа.
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 позволяющее 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 небольшую массу 147 кг то будем
использовать формовку по-сырому. Формовка 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
цехе уменьшатся брак.
В качестве формовочной машины применим машину импульсного типа. В
такой машине уплотнение смеси происходит за счет удара воздушной (газовой)
волны. Сжатый воздух под давлением (6(10)·106 Па с большой скоростью
поступает в полость формы. Под действием удара воздушной волны формовочная
смесь уплотняется в течение 002-005 с. Оставшийся воздух удаляется через
венты. Верхние слои формовочной смеси уплотняют допрессовкой.
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
Основной задачей при выборе положения отливки во время заливки
заключается в получении наиболее ответственных ее поверхностей без литейных
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
- поверхность разъема должна занимать горизонтальное положение при
- число поверхностей разъема должно быть минимальным обеспечивающим
эффективную формовку и беспрепятственное удаление модели;
- основная и наиболее ответственная часть отливки находиться в нижней
- поверхность разъема по возможности должна обеспечить изготовление
отливки с минимальным количеством стержней.
Для данной отливки выбираем плоскость разъема таким образом чтобы можно
было легко и с большей точностью установить стержень а затем без
трудоемких операций извлечь его.
Выбор формовочных уклонов
Цель формовочных уклонов - обеспечить бездефектную выемку модели из
формы. Формовочные уклоны могут быть получены за счёт увеличения
уменьшения и одновременного увеличения и уменьшения толщины стенки отливки.
Уклоны первого типа назначаются на обрабатываемые и на необрабатываемые
поверхности отливок при толщине стенки до 8 мм; уклоны третьего типа - при
толщине стенки больше 12 мм и высоте до 100 мм; в остальных случаях уклоны
назначаются по второму типу.
Формовочные уклоны выбираем по ГОСТ 3212-80 1 3°.
Число стержней определяется с учётом серийности выпуска
отливок. В единичном и мелкосерийном производстве целесообразно получать
отливки с использованием минимального числа стержней. Имеющиеся внутренние
полости в этом случае выполняются с помощью болванов а выступающие части –
с помощью отъёмных частей. При крупносерийном и массовом производстве
целесообразно расчленение сложных стержней на части замена стержнями
болванов и отъёмных частей.
При определении участков поверхности отливки выполняемых стержнями
необходимо руководствоваться следующими правилами:
Обеспечивать удобную и безошибочную установку стержня в форму и
контроль всех размеров полостей в ней;
Если отливка имеет две полости соединённые каналом эти полости
надо оформлять двумя каналами;
Газоотводные каналы стержней должны иметь выходы в верхних
знаках или образовывать вентиляционную систему с другими стержнями знаки
которых соприкасаются с формой. Каналы размещаются так чтобы исключить
попадания в них жидкого металла.
Разъём стержневого ящика опорная поверхность и поверхность
набивки стержня должны быть по возможности плоскими;
Обеспечивать минимальные затраты на изготовление стержневых
Точность фиксации стержня в форме обеспечивается конфигурацией и
размерами его знаковых частей которые по ГОСТ 3212-92 назначаются с
учётом: размеров стержня способов формовки и его положения в форме. При
вертикальном расположении стержня в форме его фиксация обеспечивается
нижними и верхними знаками или только нижним специально уширенным. В
последнем случае для предупреждения всплытия стержня его фиксируют сверху
жеребейками или прижимают верхней полуформой. При горизонтальном
расположении стержней для чёткой фиксации в осевом направлении и удобства
протяжки стержня знаки имеют уклоны и соответствующие зазоры причём зазор
в верхней полуформе должен быть больше чем в нижней полуформе.
Для данной отливки выбираем один стержень. Конструктивные размеры
знаков стержней следует выбирать по ГОСТ 3212-92. Длина знака зависит от
длины стержня и его геометрии. По таблице выбираем длину знаков равной 40
По таблице формовочные уклоны знаковых частей стержня 7..10°
Отливка алюминиевая мелкая к чистоте поверхности
особых требований не предъявляется производство серийное. Исходя из этого
выбирается в песчано-глинистые влажные формы из высоковлажных смесей с
влажностью выше 45 % и низкопрочных до 60 кПа. Для импульсной формовки
под высоким удельным давлением используют формовочные смеси аналогичные для
формовки прессованием. Для изготовления отливок из алюминиевого сплава
используется единая смесь.
Характеристики формовочной смеси:
Прочность на сжатие влажных образцов 003-
Зерновая группа формовочного песка
Общее глиносодержание
Специальными требованиями к смесям характерными для импульсного
уплотнения являются высокие: начальная степень разрыхления смеси
([pic]гсм3) текучесть смеси уплотняемость требования к содержанию влаги
и активного бентонита в смеси. Оптимальной считается влажность 45%. Если
значения содержания влаги больше указанного выше то возникает опасность
проникновения ударной волны в глубь формы. Это может привести к
разуплотнению смеси и разрушению участков формы в первую очередь болванов
и прилегающих к ним зон что неминуемо отразится на качестве отливки.
Уплотняемость смеси [pic]45% может привести к недостаточному уплотнению у
Требования импульсных способов к свойствам смеси обуславливают
повышенное внимание к системам приготовления и транспортировки смеси.
При выборе формовочной машины необходимо учитывать следующие
) Формовочная машина должна быть полностью загружена;
) Формовочная машина должна иметь максимальную
Этим требованиям удовлетворяет формовочная машина импульсная. Опока имеет
размеры в свету 400*500 мм. Высота верхней и нижней полуформ по 150 мм
Стержни в процессе заливки испытывают большие термические и механические
воздействия по сравнению с формой поэтому к стержневым смесям
предъявляются более жесткие требования. Прочность стержня в сухом состоянии
и поверхностная твердость должны быть выше чем у формы. Стержневые смеси
должны иметь большую огнеупорность податливость небольшую
гигроскопичность при формовке по-сырому.
Для изготовления стержней к данной отливке применяем BETA-SET- процесс
который основан на быстром отверждении смеси в холодной оснастке при
продувке парами метилформиата. Приготовление смеси производится в
специальных лопаточных смесителях а заполнение стержневого ящика
осуществляется пескострельной машиной.
Состав смеси на 100 мас. ч. кварцевого песка:
Связующее - щелочной резольный полифенолят 15-25 мас.ч.
Используемый для продувки реагент – метилформиат (МФ) (метиловый
эфир муравьиной кислоты) НСООСН3. Живучесть такой смеси (до продувки)
составляет в среднем 4 ч.
Разделительный состав:
Противопригарное покрытие:
%-й раствор поливинил бутилята в спирте 44%
%-й раствор древесного пека в растворителе 647 18%
Расчетная доза жидкого МФ при нагреве в пневмоиспарительном
генераторе легко переходит в состояние пара и подхватывается потоком
сжатого воздуха; данную паро-газовую смесь используют для продувки
стержневой смеси в оснастке.
Паро-воздушная смесь содержит обычно по объему 60% паров МФ
остальное воздух; допускается применение неосушенного сжатого воздуха.
Время продувки в зависимости от массы стержня составляет от 10 до 30 с.
Для достижения оптимальной прочности скорость и давление паровоздушной
смеси не должны быть чрезмерными: давление не может превышать 005-0075
МПа а длительность контакта МФ со связующим в микрообъемах смеси должна
быть не менее 05 с. Желательна дополнительная продувка смеси воздухом для
удаления из нее избытка МФ так как последний при длительном контакте может
привести к размягчению стержня.
Малотоксичность МФ избавляет от необходимости полной герметизации
газового потока. Для поддержания условной нормы безопасного содержания МФ
в воздухе рабочей зоны (не более 100 мгм3) должны использоваться средства
приточно-вытяжной и общеобменной вентиляции. С учетом изложенного масса
стержней по BETA-SET- процессу ограничена 10-12 кг максимум 20 кг.
Уровень достигаемой прочности в 1.5-2 раза ниже чем в процессах с
К достоинствам этой технологии относится хорошее качество
поверхностей отсутствие N и S в связующем незначительное термическое
расширение смеси относительная влагостойкость более легкая (по сравнению
с Cold-box-amin и Epoxy-SO2) выбиваемость и возможность достижения
экологически благоприятных условий на стержневых участках.
Изготовления стержней по технологии Cold-box-amin Epoxy-SO2
является очень дорогостоящим и это объясняет область рационального
существования рассматриваемого процесса.
Для изготовления стержней выбираем пескострельную машину т.е.
пескострельный процесс. В данном случае заполнение стержневого ящика
осуществляется в виде выстрела смесь поступает в стержневой ящик в виде
одного компактного кома. Этот процесс имеет ряд преимуществ:
а) Данный процесс позволяет использовать смеси с прочностью [pic]
б) Расход сжатого воздуха на один цикл при данном процессе в 2-3
в) Меньший абразивный износ стержневого ящика;
По данным источника выбираем машину марки 232А21А1.
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 опоки приспособления для контроля формы в процессе
сборки а также холодильники штыри для соединения опок и другой
Моделями называют приспособления предназначенные для получения в
литейных формах полостей конфигурация которых соответствует изготовляемым
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).
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 Ст15Л (высокая прочность и износостойкость).
При машинной формовке на автоматических линиях используют сменные модельные
плиты которые устанавливаются в специальные рамки.
Конструкция модельной плиты зависит главным образом от типа машины на
которой будет изготовляться полуформа конструкции отливки получаемой по
данному модельному комплекту. Для фиксирования плиты на рамке имеются 2
центрирующих штыря которые предохраняет плиту от смещений в горизонтальном
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.
Для данной отливки выбираем деревянный стержневой ящик. Деревянные
стержневые ящики необходимо армировать металлическими элементами для
придания им необходимой прочности и жесткости.
При конструировании стержневых ящиков решаются следующие основные
вопросы: конфигурация стержня расположение стержня в ящике плоскость
разъема ящика количество расположение и размеры вдувных отверстий размер
и форма вдувных сопел направление набивки стержня вентиляция стержневого
ящика направление течения газо-воздушного катализатора (отвердителя) при
продувке отъемные части стержневого ящика.
Их делают чаще разъемными с горизонтальным и вертикальным разъемом.
Для изготовления стержней данной отливки применяем пескострельный способ.
Для пескострельных 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. Нижняя опока имеет втулки для скрепляющих
штырей. Верхняя опока имеет конические отверстия в которых закрепляются
Определение точностных характеристик и соответствующих им допусков
и припусков отливок производится по ГОСТ-26645-85 .
В качестве базовых поверхностей выбираем те поверхности отливки
которые останутся необработанными в конечной детали что обеспечит
получение достаточно точных размеров между обработанными и необработанными
поверхностями детали.
Исходные данные: отливка кронштейн материал АК12 наибольший
габаритный размер 140 мм масса 147 кг отливка средней сложности способ
литья в песчано-глинистые формы из высоко прочных (более 160 кПа) смесей с
высоким и однородным уплотнением до твердости не ниже 90 единиц уровень
механизации производства – машинное поточно-механизированное.
По таблице 9 для заданного технологического процесса и габаритного
размера 140 мм и сплава АК12 находим интервал класса точности размеров 9-
согласно примечанию берем КР 11.
По таблице 10 находим степень коробления отливки.
За высоту принимается толщина h=8 мм а за длину - L=140 мм. Таким образом
hL=8140=0057. Для отношения hL с учётом разовой формы и термообработки
отливки попадаем в интервал 5-8 в соответствии с примечанием принимаем СК
По таблице 11 для заданного технологического процесса габаритного
размера – 140 мм и материала АК12 находим интервал степеней точности
поверхности 12-19. С учетом примечания принимаем СП 16.
По таблице 13 для заданного технологического процесса номинальной
массы 147 кг и материала АК12 находим интервал классов точности массы 7-
с учетом примечания принимаем КМ 11.
По табл. 1 для КР 11 и h=8 мм находим Тсм=24 мм.
Таким образом точность отливки: 11-5-16-11 См 24 мм ГОСТ 26645-85
Для обрабатываемых поверхностей необходимо определить ряд припуска РП.
По таблице 14 находим для степени точности поверхности СП 16 интервал ряда
припусков 7-10 с учётом примечания принимаем РП 7.
Определение припусков производим для четырех обрабатываемых
Таблица 1. Определение допусков и припусков на обработку
Последовательность назначения А B С D
Номинальный размер от базы до 20 140 140 47
обрабатываемой поверхности мм
Вид размера ВР 2 2 2 3
Класс точности размера КР 11т 11 11 11т
Допуск размера ТО мм 24 5 5 32
- допуск смещения вызванного
размер наиболее тонкой стенки - - - 28
формируемой с участием стержня мм
класс точности размера КР - - - 11т
допуск смещения ТСМ мм - - - 20
-позиционный допуск:
диаметр базовой поверхности мм - - - 47
вид размера ВР - - - 3
допуск размера ТО мм - - - 32
позиционный допуск ТПОЗ мм - - - 16
Общий допуск ТОБЩ мм 24 5 5 4
Общий допуск при назначении 12 25 25 20
Припуск (черновой) ZОБЩ мм 16 25 25 20
Выбор и расчет литниковой системы
Литниковая система (ЛС) должна обеспечить спокойную равномерную и
непрерывную подачу металла в заранее определенные места отливки.
Конструкция ЛС должна создавать условия препятствующие засасыванию воздуха
потоком металла. ЛС должна задерживать все неметаллические включения
попавшие в поток металла. Одной из важнейших функций ЛС является заполнение
формы с заданной скоростью: при очень большой скорости заливки происходит
размыв стенок формы и каналов самой ЛС а при слишком медленной заливке –
значительное охлаждение металла и образование спаев неслитин недоливов.
ЛС должна способствовать выполнению принципа равномерного или направленного
затвердевания отливки. Она служит для частичного питания жидким металлом
отливки в начальный момент ее затвердевания.
Для данной отливки выбираем боковую литниковую систему.
Расчет прибыли по методу Пржибыла
[pic]- отношение объема прибыли к объему усадочной раковины (из
[pic]- часть объемной усадки сплава участвующая в формировании
усадочной раковины (из таблицы)
Для сплава АК12 [pic][pic]
Расчет площади стояка
[pic]- высота отливки в верхней полуформе
Далее по соотношению находим остальные элементы литниковой системы:
Размеры литникового хода:
Расчет расстояния от первого питателя до стояка
Проверка на критерий вторичного шлакообразования:
Расчет времени затвердевания отливки в форме
Времени охлаждения отливки в форме складывается из времени
снятия теплоты перегрева времени охлаждения отливки от температуры
ликвидус до температуры солидус и времени охлаждения отливки от температуры
солидус до температуры выбивки.
Для сплавов кристаллизующихся в интервале температур:
где – время охлаждения отливки с
R – приведённая толщина отливки R=0009 м;
b[pic]- коэффициент теплоаккумулирующей способности формы
[pic]- удельные теплоёмкости жидкого твёрдо – жидкого
L – удельная теплота кристаллизации [pic]
[pic] - температуры заливки ликвидус солидус и выбивки
[pic] - плотность жидкого твёрдо – жидкого твёрдого металла
Список использованных источников
Литниковые системы и прибыли для фасонных отливок. Галдин Н.М.
Чистяков В.В. Шатульский А.А.; Под общ. ред. В.В. Чистякова. - М.:
Машиностроение 1992. - 256с.
Добродеев В.В. Шатульский А.А. Технология литейной формы: Учебное
пособие. - Рыбинск: РАТИ 1991. - 112 с.
Токарев А. И. Пособие по курсовому проектированию по курсу «Технология
литейной формы»: Учебное пособие. – Ярославль: ЯПИ 1982. – 104 с.
Справочник по чугунному литью. Под ред. Н.Г. Гиршовича. - 3-е изд.
перераб. и доп. - Л.: Машиностроение ленинградского отделения 1978. - 758
Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров массы и припуски на
механическую обработку. ГОСТ 26645 - 85.
Технология литейного производства: формовочные и стержневые смеси.
Учебное пособие для вузов - Брянск: Издательство БГТУ2002-570 с.

Кронштейн 3 мод. верха .m3d

Отливка Кронштейн.doc

Отливка «Кронштейн» Отливка со стержнями Стержни Отливка со стержнями и
элементами литниковой системы
Элементы литниковой системы Модель верха с элементами Модельная плита Модельная плита с
литниковой системы установленной моделью