Литье

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

 

 

 

 

 

Студентки-дипломника группы МТ5-Д1 Смолиной Е.Г.

 

 

 

 

 

 

Консультант по технологической  части Вербицкий В. И.

 

1.1. Выбор способа изготовления отливки.

 

Анализируя по нескольким технико-экономическим показателям (коэффициент выхода годного, коэффициент использования металла, стоимость оснастки, трудоемкость изготовления отливки, производительность) я пришла к выводу, что наиболее целесообразным является изготовление отливки в песчаную форму. Но, при литье в песчаную форму, учитывая конфигурацию отливки, мы можем изготовить ее двумя способами, а именно изменить плоскость разъема. Предпочтительным из этих двух способов является тот, в котором плоскость разъема выбрана так, что почти вся отливка находится в одной полуформе, а именно в нижней. Такой выбор связан с точностью отливки, так как при выбранном способе точность изготовления отливки является максимальной и ее плотность выше.

 

1.2. Определение расположения моделей в форме.

 

Определение минимального расстояния S между отливкой и нижней кромкой формы [28].

 см²

F - нижняя площадь отливки;

 см

P - периметр нижней части отливки;

F/P=1,07 см,

t=15 мм,

H=300 мм,

t – средняя толщина отливки;

H - напор металла.

S=50 мм.

50 мм – минимальное расстояние между отливкой и верхней поверхности формы;

30 мм – минимальное расстояние между отливкой и боковой поверхностью формы;

В опоку 900х700 размещаем 2 отливки.

Определим некоторые коэффициенты по которым можно судить о правильности решения.

η — коэффициент выхода годного;

М_отл — масса отливки;

М_лпс — масса ЛПС.

М_отл=35 кг.

М_лпс=36,5 кг.

КИМ — коэффициент использования металла;

М_дет — масса детали;

М_прип — масса припусков.

М_дет=28,7 кг.

М_прип=6,3 кг.

 

V_ме -объем отливок с ЛПС,

V_см -объем формовочной смеси.

 

1.3. Вычисление массы отливки.

 

Для дальнейших расчетов необходимо знать массу отливки.

Вычисление производим путем построения объемной модели в системе AutoCAD версии 14.

М_отл=35 кг.

 

1.4. Разработка литниково – питающей системы.

 

Правильный подвод металла  в форму имеет исключительно  важное значение для получения качественной отливки. В практике литейного производства брак из-за некачественной литниковой системы составляет не менее 30%. Поэтому правильно построенная литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Обеспечить хорошее  заполнение формы металлом и  питание отливки в процессе  ее затвердевания.

2. Способствовать получению отливки с точными размерами, без поверхностных дефектов (засоров, ужимин, шлаковых включений и др.).

3. Литниковая система  должна способствовать направленному  затвердеванию отливки.

4. Расход металла на  литниковую систему должен быть  наименьший.

Литниковая система с подводом металла по плоскости разъема является наиболее простой.

1.5. Расчет литниковой системы.

 

Определяют площадь  сечения питателя исходя из законов  гидравлики, выведенных для установившегося  процесса:

Литниковую систему  для небольших отливок из высокопрочного чугуна рассчитывают по уравнению Озанна-Дитерта [16]:

t - время заливки.

s, m – коэффициенты, учитывающие толщину стенок. При d=15мм s=2,2, m=0,24.

F_п – площадь сечения питателя;

G - масса отливки с литниками и прибылями. G=49,2 кг.

h_ср - расчетный статический напор металла.

H₀-начальный наибольший гидростатический напор; H₀=0,3 м.

р - высота отливки над уровнем питателя; р=0,01 м.

С – общая высота отливки в положении при заливке; С=0,2 м.

Соотношение площадей стояка , шлакоуловителя и питателя для мелких отливок:

F_п. : F_ш : F_ст =1 : 1,1 : 1,15

F_п. – сечение шейки питающей бобышки;

F_ш – сечение шлакоуловителя;

F_ст – сечение стояка;

Определяем размеры сечения (трапеция) шлакоуловителя:

Берем высоту и меньшее основание  одинаковыми, при а=2,4см, с=3,1см.

Определяем размеры  сечения (трапеция) шлакоуловителя:

Берем высоту и меньшее  основание одинаковыми, при а=2,4см , с=2,4см

с - большее основание,

в - высота,

а - меньшее основание,

 

1.6. Определение размеров знаков стержней.

 

Определение размеров вертикальных знаков: при диаметре стержня 140 мм и длине стержня L=68 мм высота знака h=20 мм, диаметр d=60 мм и угол наклона b=15°.

 

1.7. Изготовление стержней.

 

Сушка стержней – одна из наиболее продолжительных операций процесса их изготовления. Этого недостатка не имеет способ изготовления стержней из смесей с быстротвердеющими связующими – синтетическими смолами – в горячих стержневых ящиках.

Сущность технологического процесса состоит в том, что стержневая смесь с быстротвердеющим связующим с помощью пескодувной машины вдувается в стержневой ящик, предварительно нагретый до определенной для данного связующего температуры. Под действием теплоты связующее при нагреве затвердевает, придавая прочность стержню. После непродолжительной выдержки (2-3 минуты), в зависимости от связующего и размеров стержня, ящик раскрывают и извлекают сухой и прочный стержень.

Основные преимущества этого технологического процесса: устранение сушки стержней; высокая прочность и малая осыпаемость стержней в сухом состоянии; хорошая газопроницаемость; высокая точность и качество поверхности; хорошая выбиваемость стержня из отливки. К недостаткам процесса следует отнести усложнение конструкции стержневых ящиков, повышение их стоимости.

Последовательность технологического процесса изготовления стержня в  горячем ящике на пескодувной машине. Половины стержневого ящика нагреваются газовыми горелками; после этого пескодувная головка с позиции загрузки смесью перемещается на рабочую позицию. Затем поворотная половина ящика поворачивается, а подвижная соединяется с ней. Ящик поджимается к пескодувной головке; происходит надув смеси в ящик; после этого ящик опускается; подвижная часть отъезжает, а поворотная поворачивается и происходит выталкивание стержня толкателем. Готовый стержень снимается с машины вилочным съемником; после опускания толкателей стержень остается на вилках съемника, а затем перемещается съемником из рабочей зоны машины.

Продолжительность выдержки стержня в ящике зависит от свойств связующего, толщины стенки стержня и его конфигурации и составляет от нескольких секунд до нескольких минут.

Для устранения прилипания стержневой смеси рабочую поверхность  ящика покрывают разделительным составом из 3%-ного раствора каучука  марки СКТ в уайт-спирите. Его  наносят с помощью пульверизатора на поверхность ящика, нагретую до 80-100°С, и подсушивают 10-15 минут. Последующие покрытия наносят при рабочей температуре. Стойкость покрытия 20-50 стержней. В таблице 1.1 приведены состав смеси, для изготовления стержней:

Табл.1.1. Массовая доля составляющих смеси,%

сплав	Связующее	Катализатор	Оксид железа	Графит	Стеарат кальция
чугун	КФ-90 2,2¾2,7	ЛСФ/А 0,7	0,7	0,1	0,1

 

1.8. Состав формовочной смеси.

 

1. Обогащенный или природный кварцевый песок класса 2К по ГОСТ 2138-74 зернистостью 0,2А(Б) и с содержанием глинистых составляющих не более 0,5%, SiO2- не менее 97%, щелочных примесей - суммарно не более 0,4%, в том числе наиболее активных - до 0,1%, pH песков должно быть в пределах 5,0-6,5. Температура песка перед употреблением должна быть 15-25ºС влажность не более 0,2%. В качестве добавки в стержневые смеси для предотвращения газовой пористости на поверхности отливок можно использовать (до1%) окись железа (МРТУ МХП 6-10-602-68).

2. Связующее- это синтетическая смола БС-40 (карбомиднофурановое связующее, ГОСТ ТУ605-031-492-73).

3. Катализатор - неорганический, марки АКО (азотная кислота и ортофосфорная кислота - смесь в соотношении 3: 4. ГОСТ 10678-76).

4. Поверхность металлической  оснастки покрывается автомобильным  воском, раствором парафина в уайт-спирте в соотношении 1: 1 или смесью машинного масла Ц-56 серебристым графитом в том же соотношении.

5. Противопригарными  покрытиями являются краски на  основе углеродистых материалов. Толщина красок не менее 1 мм. Противопригарная паста наносится на определенные поверхности отвержденных форм или стержней вручную, с толщиною 1,5-2,0 мм.

 

1.9. Оборудование для изготовления стержней.

 

Будем использовать пескодувную  машину модели V-TOP 935 с характеристиками:

—Наибольшие габаритные размеры стержневого ящика: 900х300;

—Производительность: 200 шт/ ч;

—Применение: уплотнение смеси за счет кинетической энергии струи сжатого воздуха со смесью и давления сжатого воздуха; на этой машине изготавливают стержни любой конфигурации в условиях серийного и массового производства.

Для этой машины целесообразно изготовлять  одновременно 4 стержня в одном ящике. Стержень простой. Материал стержневого ящика - чугун. Толщина стенок - 25 мм. Конструкция стержневого ящика показана на листе 4.

 

1.10. Краткое описание конструкции модели, модельных плит.

 

Для заданной отливки  модельный комплект необходимо изготовлять из чугуна, так как чугунными моделями можно формировать до 30000 форм средних размеров при серийном и массовом производстве отливок 1, 2 и 3 (частично) весовых групп. Выберем сплав СЧ 40.

Усадка этого сплава составляет 1%. Толщину стенок моделей примем 15 мм (по таблице). Припуски на механическую обработку отливок назначаем исходя из класса точности размерови масс и рядов припусков.

 

1.11. Расчет шихты.

 

Методом подбора [3]:

Высокопрочный чугун, используемый для  отливок автомобильных деталей, должен иметь такой состав, %:

Табл.1.2. Химический состав чугуна ВЧ 40

С, %	Si, %	Мn, %	Cr, %	P, %	S, %
3,3—3,4	1,9-2,9	0,2-0,6	0,1	<0,1	<0,02

 

Угар элементов при  плавке в индукционную тигельную  печь, %: 15 Si; 40 Mn.

Определяем среднее содержание кремния и марганца в шихте. Допустим, что искомое содержание кремния в шихте Х %, а марганца У %, угар кремния при плавке 0,15 Х, марганца 0,40 У.

В жидком металле остается:

кремня Х - 0,15*Х=0,85*Х;

марганца У- 0,40*У=0,60*У;

Средний химический состав для ВЧ40:

 

Табл.1.3. Средний химический состав чугуна ВЧ 40

С, %	Si, %	Мn, %	Cr, %	P, %	S, %
3,35	2,4	0,4	0,1	<0,1	<0,02

В соответствии с заданным химическим составом в жидком металле  должно оставаться в среднем:

Si – 2,4 %, Мn - 0,4 %. Таким образом:

Х = 2,4Si /0,85 = 2,82 %;

У= 0,4Мn /0,60 = 0,67 %;

В связи с сегодняшним  экономическим положением плавка будет  производиться в основном из некондиционных материалов (возврат собственного производства, брикетированная чугунная стружка, стальной лом).

Для плавки металла использую  индукционную тигельную печь. Такие  печи удобны в эксплуатации, в них  получают различные чугуны. Для плавки металла можно также использовать и вагранку. Однако открытые коксовые вагранки выбрасывают в атмосферу большое количество вредных газов и пыли, а также не удовлетворяют современным требованиям, предъявляемым к температуре и качеству чугуна при производстве сложных отливок. К тому же одна тонна жидкого металла, полученная в вагранке холодного дутья, стоит 76,29 рублей за тонну, а одна тонна жидкого металла, полученная в индукционной печи, стоит 54,14 рублей за тонну (цены приведены на 1985 год). Еще можно также использовать и дуговую печь. Но для плавки чугуна в дуговой печи необходимо большее количество энергии. Например: для расплава 1 тонны в тигельной печи необходимо 750-1000 кВт, для расплава 1 тонны в дуговой печи необходимо 1000 кВт.

Технологический процесс  плавки в индукционной печи включает следующие операции: загрузку шихты, нагрев и расплавление ее, перегрев, науглероживание, доведение химического состава чугуна до заданного, а также термовременную выдержку. Загружаемую шихту частично погружают в расплав, создавая сплошную электропроводную среду, в которой индуктором наводятся вихревые токи. Загрузка в жидкий металл (зумпф) необходима потому, что при использовании тока промышленной частоты в дискретных элементах наведение токов малоэффективно. Масса зумпфа доходит до 50% от общей массы металла в печи. Так, при плавке в печи с массой садки 12 тонн и зумпфе 5 тонн соблюдается такая последовательность и длительность периодов: