Разработка технологического процесса отливки Букса

Элементы литейной формы.cdw

А1 - Форма в сборе.cdw

А1-Плита низа.cdw

А1 - Плита верха.cdw

А4 - Спецификация форма в сборе.frw

Букса.doc

Разработать технологию изготовления отливки «букса». Серийность – 5000шт. в год материал – чугун СЧ20.
Рисунок 1 – отливка «букса»
Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка содержит 20 страницы 4 таблицы и 5 рисунков. Графическая часть содержит 4 чертежа.
Разработана технология изготовления отливки. Определено эксплуатационное назначение отливки выбрано положение ее в форме рассчитаны припуски на механическую обработку литниковая система и выбрана оптимальная форма и размеры опок.
Ключевые слова: форма модельная плита опока отливка стержень литниковая система время заполнения стояк питатель шлакоуловитель формовочная смесь.
Разработка элементов литейной формы6
1 Общий анализ технологичности изделия6
2 Выбор способа изготовления отливки7
3 Выбор положения отливки в форме7
4 Определение припусков на механическую обработку и усадку10
5 Формовочные уклоны11
6 Определение количества стержней12
7 Выбор места подвода и конструкции литниковой системы12
7.1 Расчет времени заполнения13
7.2 Расчет литниковой системы14
7.3 Расчет системы выпоров16
8 Выбор оптимальной формы и размеров опок17
9 Экономическое обоснование способа формовки17
10 Выбор состава формовочных стержневых смесей и других вспомогательных материалов18
11 Разработка технологии сборки и заливки форм охлаждения выбивки обрубки и очистки отливок19
Список использованных источников20
Чугуном называется сплав железа с углеродом содержащий углерода от 214 до 667%.
Чугун - дешевыймашиностроительныйматериал обладающий хорошими литейными качествами. Он является сырьем для выплавки стали. Получают чугун из железной руды с помощь топлива и флюсов.
Получение чугуна — сложный химический процесс. Он состоит из трех стадии: восстановления железа из окислов превращения железа в чугун и шлакообразования. Подробно этот процесс рассматривается в курсе химии.
Свойства чугуна зависят главным образом от содержания в нем углерода и других примесей неизбежно входящих в его состав: кремния (до 43%) марганца (до 2%) серы (до 007%) и фосфора (до 12%).
Способ литья относительно прост и дешев. Литьем можно получить практически любые по сложности конфигурации изделия в том числе детали машин массой от нескольких граммов до сотен тонн от нескольких миллиметров до десятков метров по габариту что часто невыполнимо другими способами получения заготовок. Кроме того литье является очень гибким производством позволяющим быстро менять номенклатуру выпускаемых изделий на одном и том же технологическом оборудовании получать единичные и даже уникальные изделия со сравнительно низкой себестоимостью.
Любая машина или изделие состоит из отдельных деталей выполненных из различных материалов и изготовленных определенными способами (литьем сваркой ковкой штамповкой механообработкой и др.).
Среди способов изготовление деталей литье занимает ведущее место несколько уступая в последние годы сварке. Доля литых деталей в конструкции современных машин колеблется в широких пределах от 25 до 80 % составляя в среднем около 40 %.
Литые детали отличаются весьма широким разнообразием по массе габаритам. Их изготавливают из различных сплавов материалов в том числе и пластмасс. Методы литья могут использоваться самые разнообразные в зависимости от требований к качеству детали серийности их изготовления.
Основным способом изготовления отливок является литье в песчано-глинистые формы (ПГФ) в которых получают до 78 % от общего количества литых деталей. Кроме литья в ПГФ существуют и другие прогрессивные способы литья такие как литье в кокиль литье в оболочковой форме литье по выплавляемым моделям центробежное литье литье под высоким и низким давлением а также другие виды литья. Эти способы литья отличаются от литья ПГФ не только большими экономическими затратами но и высоким классом точности и низкой шероховатости поверхности.
Разработка элементов литейной формы
1 Общий анализ технологичности изделия
Основными свойствами рассматриваемой детали должны быть прочность обрабатываемость резанием способность к соединению. Отливка является телом вращения поэтому стоит отметить что при выборе плоскости разъема модели и формы наиболее рационально будет располагать отливку вертикально.
Материалом отливки является чугун СЧ20. Для деталей из чугуна СЧ20 характерна малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжения при циклических нагрузках высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2-4 раза выше чем у стали) высокие антифрикционные свойства (наличие графита улучшает условия смазывания при трении). Это дешёвый и наиболее широко применяемый в машиностроении сантехнике строительных конструкциях вид чугуна. [1].
2 Выбор способа изготовления отливки
Воспользуемся таблицей 1.59 из источника [2] для определения серийности производства.отливки – 3 кг следовательно она относится к первой группе отливок по массе. Объем производства детали 5000 штгод следовательно серийное производство.
Значительное влияние на окончательный выбор способа производства отливки оказывает серийность производства. Так как серийность производства не слишком высокая то предпочтительнее использовать литье в песчано-глинистые формы чем производство при помощи специальных способов литья.В таблице 1. производится сравнение способов литья которыми можно произвести данную отливку по различным факторам.
Проанализировав таблицу 1 делаем вывод что наиболее рациональными способами получения отливки являются литье в песчано-глинистые формы с использование машинной формовки. Ручная формовка менее предпочтительна в данном случае так как уменьшается производительность.
3 Выбор положения отливки в форме
На рисунке 2 представлены возможные варианты разъема модели и формы а в таблице 2 проведен их анализ.
Таблица 1 – Сравнительные показатели различных способов литья
Ограниченность размеров
Ограниченность массы
Тонкостенность отливки
Шероховатость поверхности
Наименьшая экономическая рентабельность партии отливок
Возрастание экономичности с увеличением партии отливок
Примечание: лучший показатель оценивается в 5 баллов а худший в 1. В таблице приняты следующие обозначения технологических процессов литья: 1- литье в песчано-глинистые формы ручная формовка; 2 – литье в песчано-глинистые формы машинная формовка; 3 – литье в кокиль.
Таблица 2 – Анализ плоскостей разъема модели и формы
- Симметричное расположение отливки в форме;
- Одинаковая высота опок.
- Отливка располагается в двух опоках;
- Отливка имеет форму тела вращения и располагается горизонтально;
- базовые поверхности мех обработки находятся в разных опоках.
- Отливка имеет форму тела вращения и располагается вертикально.
- Опоки разной высоты;
- Отливка имеет форму тела вращения и располагается вертикально;
- Отливка полностью находится в нижней полуформе.
Рисунок 2 – Выбор плоскости разъема отливки
Проанализировав таблицу 2 можно сделать вывод что наиболее предпочтительный вариант плоскости разъема модели и формы – «В» так как при такой плоскости разъема модели и формы удается расположить отливку вертикально что необходимо так как отливка является телом вращения.
4 Определение припусков на механическую обработку и усадку
Припуск на механическую обработку для данной отливки используя ГОСТ 26645-85 выбираем по классу точности размеров и рядов припусков для выбранного способа литья (песчано–глинистая форма). Из источника [2] выберем:
Задаем класс точности равный 7 а ряд припусков принимаем 2.размеров отливки модели стержня и стержневого ящика приведены в таблице 3. Материалом отливки является чугун СЧ20 обладающая усадкой в пределах 08-10% поэтому нужно установить припуск на усадку. Примем усадку чугуна СЧ20 для нашей отливки в размере 10 %.
Таблица 3 – Сводная таблица размеров отливки модели стержня и стержневого ящика
Размеры детали по чертежу мм
Припуск на механическую обработку мм
Припуск на усадку мм
Стержня и стержневого ящика
**Внутренние размеры
5 Формовочные уклоны
Воспользуемся ГОСТ 3212 – 80 и выберем необходимые уклоны для модели и стержневого ящика. На рисунке 3 представлена отливка с формовочными уклонами.
Рисунок 3 – Формовочные уклоны
6 Определение количества стержней
В отливке имеется одно отверстие диаметром 60 мм которое будет выполняться при помощи вертикального стержня. По ГОСТ 3606-80 выберем размеры знаков уклоны. На рисунке 4 представлена отливка со стержнем.
Рисунок 4 – Отливка со стержнем
7 Выбор места подвода и конструкции литниковой системы
Сплав из ковша или печи заполняет форму через литниковую систему. Литниковая система представляет собой совокупность каналов и резервуаров через которые металл заполняет полость формы соответствующую отливке. В общем случае литниковая система состоит из литниковой чаши стояка распределительного канала (шлакоуловителя) и литников (питателей) и прибыли.
Литниковая чаша или воронка предназначается для принятия струи металла из ковша гашения ее энергии первичного отделения крупных частиц шлака и поддержания постоянного уровня металла при заполнении формы. Стояк предназначается для передачи металла из литниковой чаши или воронки в нижние части формы. Стояки имеют круглое сечение и небольшую конусность. В основании стояка имеется чашечка – зумпф гасящая удар струи и препятствующая размыванию формы.
Распределительный канал (шлакоуловитель) предназначается для направления жидкого металла к нескольким отливкам помещаемым в одной форме или к различным узлам одной крупной отливки. Кроме того в нем происходит отделение шлаковых частиц. Распределительный канал (шлакоуловитель) размещается горизонтально по разъему обычно в верхней полуформе. Литники (питатели) предназначаются для подвода металла от распределительного канала (шлакоуловителя) непосредственно в полость формы.
В данном случае подвод металла будет осуществляться при помощи боковой литниковой системы с тангенциальным подводом в плоскость разъема.
7.1 Расчет времени заполнения
Рассчитаем металлоемкость литниковой системы
где – металлоемкость литниковой системы кг.
Рассчитаем металлоемкость всей формы в целом
где – металлоемкость всей формы.
Оптимальную продолжительность заливки металла в форму определим по формуле:
где: – время заливки формы с;
- коэффициент учитывающий сопротивление формы;
- средняя толщина стенок отливки мм.
Принимаем среднюю толщину мм тогда время заполнения рассчитывается
По этому времени рассчитаем скорость подъема уровня металла в форме по формуле
где - высота отливки мм;
– скорость подъема уровня металла в форме ммс.
Из чертежа высота отливки составляет 90 мм тогда скорость подъема металла в форме по формуле (12) равняется
Минимальная допустимая скорость подъема металла в форме для отливки составляет 6 ммс. Расчетная скорость составляет 13 ммс. Таким образом время заливки рассчитано верно.
7.2 Расчет литниковой системы
Определим суммарную площадь узкого сечения литниковой системы
где G – металлоемкость формы;
– время заливки формы;
– коэффициент расхода литниковой системы;
p – плотность заливаемого металла
ΣFПИТ – суммарная площадь узкого сечения;
НСР – средний металлостатический напор металла в форме.
Рассчитаем средний металлостатический напор металла в форме
где С – высота отливки по расположению ее в форме;
Н – высота стояка от места подвода металла в форму;
Р – высота отливки над уровнем подвода металла в форму;
Определим суммарную площадь узкого сечения
где FШЛ – площадь шлакоуловителя;
FСТ – площадь стояка.
Найдем сечение стояка:
Рассчитаем суммарное сечение шлакоуловителя:
Также рассчитаем сечение одного питателя
где FПИТ – площадь сечения одного питателя;
На рисунке 5 представлены элементы литниковой системы.
Рисунок 5 – Элементы литниковой системы
7.3 Расчет системы выпоров
Площадь сечения выпора можно определить по формуле
где — площадь сечения выпора см2;
— коэффициент принимаемый равным 30;
— скорость течения металла в стояке смс;
— температура воздуха в форме до заливки град.;
— температура воздуха в форме во время заливки град.
Обычно разность этих температур принимают 200.
Скорость течения металла в стояке определяют по формуле
где — объем жидкого металла проходящего через стояк см3;
— площадь стояка см2;
Диаметр выпора составит 075см а так как отливок в форме 6 принимаем диаметр выпора равным 0125см и устанавливаем его на верхней части отливки
8 Выбор оптимальной формы и размеров опок
Определим размеры опок для производства. Для того чтобы определить размеры опок сначала нужно определить минимальную толщину слоя формовочной смеси:
- От верха модели до верха опоки – 40 мм;
- От низа модели до низа опоки – 50 мм;
- От модели до стенки – 20 мм;
- Между моделью и шлакоуловителем – 30 мм;
- Между стояком и стенкой опоки – 30 мм.
Следовательно минимальные размеры опок должны быть следующими:
Высота H = 40мм (верхняя опока) 140 мм (нижняя опока); Длина L = 508 мм; Ширина B = 392 мм.
Согласно ГОСТ 2133-75 размеры опок принимаем следующими:
Высота Н=75 мм (верхняя опока) 150 мм (нижняя опока); Длина L=560мм; Ширина B=400 мм.
9 Экономическое обоснование способа формовки
Исходя из серийности производства отметим что форма будет изготавливаться при помощи машинной формовки так как это значительно снизит трудоемкость и энергоемкость процесса изготовления отливки.
Отливка будет изготавливаться по деревянной модели так как благодаря использованию таких моделей повышается экономичность процесса производства отливки. К тому же серийность производства позволяет использовать именно такие модели.
Отметим что выбранный способ литья оправдан тем что он является наиболее дешевым и доступным среди всех способов литья данной детали. Значительное влияние на выбор способа литья оказала серийность производства которая является незначительной для использования некоторых других специальных способов литья.
Заливка металла будет производиться в сырые песчано-глинистые смеси.
10 Выбор состава формовочных стержневых смесей и других вспомогательных материалов
В таблице 4 приведены составы формовочных и стержневых смесей [3].
Таблица 4 – Состав формовочных и стержневых смесей
Массовая доля составляющих %
Характеристики смеси
Зерновая группа песка
Газопроницаемость ед.
Прочность на сжатие кПа
11 Разработка технологии сборки и заливки форм охлаждения выбивки обрубки и очистки отливок
Сборку форм будем производить на литейном конвейере где в нижнюю полуформу будет производиться установка стержней очистка формы от мусора и окончательная проверка перед сборкой. После чего производиться установка верхней полуформы и скрепление опок.
После этого производиться заливка металла при помощи поворотного ковша емкостью 250 кг. Металл заливаем при температуре 1560-1570° С. После заливки форма выдерживается в течение нескольких часов после чего производится процесс выбивки отливок из формы. Процесс выбивки отливок из сырых песчано-глинистых форм можно рассматривать состоящим из двух этапов. На первом этапе производится извлечение отливок вместе со смесью из опок на втором этапе отливку отделяют от смеси. Отделенную отработанную смесь отправляют на переработку а отливки – на финишные операции. Выбивка отливок в данном случае будет производиться на выбивной инерционной решетке.
Отметим что трудоемкость финишных операций составляет более трети трудоемкости всего процесса изготовления отливки. Причем объем этих работ в большей степени зависит от качества формовочных материалов качества форм и стержней состояния модельно-опочной оснастки.
Выбивка отливок из формы будет производиться на выбивной инерционной решетке. После выбивки производим очистку отливки от стержней и удаление литниковой системы при помощи очистного барабана 323М периодического действия.
Список использованных источников
Вдовин К.Н. Технология литейного производства: Учеб. Пособие.- Магнитогорск: МГТУ 2001.- 115 с.
Могилёв В.К. Лев О.И. Справочник литейщика – М.: Машиностроение 1988. - 272с.
Технология литейного производства: учеб.Б.С. Чуркин Э.Ф. Гофман С.Г. Майзель. Под ред. Б.С.Чуркина. Екатеринбург: Изд-во Урал. Гос. Проф.- пед. Университета 2000.-662 с.
Миляев А.Ф. Литейное производства: Учеб. Пособие- Магнитогорск: МГТУ 2005. - 204с.