Технология изготовления отливок из цветных сплавов в серийном производстве

      Ni – улучшает износостойкость и коррозионные свойства

В процессе выплавки алюминиевые бронзы склонны к окислению, сопровождающемуся загрязнением расплава твердыми трудноудаляемыми дисперсными оксидами Al2O3.

Алюминиевые бронзы обладают повышенной усадкой, склонны к газонасыщению и окислению, трещинообразованию при затрудненной усадке, обладают большой гигроскопичностью, высокой жидкотекучестью, менее склонны к дендритной ликвации.

Алюминиевые бронзы относятся к сплавам с узким интервалом кристаллизации, для которых характерно образование сосредоточенных усадочных раковин и почти полное отсутствие пористости.

1.4 Анализ технологичности отливки

Технологичность конструкции заготовки – совокупность свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при изготовлении заготовки, а также в обеспечении технологичности изготовляемой из нее детали.

Таким образом, технологичной можно считать такую конструкцию детали, которая в максимальной степени отвечает требованиям, как к литейной технологии, так и технологии механической обработки. От технологичности конструкции литых деталей зависят качество отливок и издержки производства при их изготовлении. Для создания технологичной конструкции литой детали необходимо учитывать множество факторов, влияющих на технологичность. К таким факторам относятся:

Факторы технологичности применяемого сплава – физико-химические, литейные, технологические (свариваемость, обрабатываемость резанием) и специальные свойства.

Для изготовления отливки «Корпус» применяется алюминиевая бронза марки БрА9Ж4Н4Мц1.

Алюминиевые бронзы по сравнению с оловянными имеют следующие преимущества: меньшую склонность к дендритной ликвации;  большую плотность отливок; лучшую жидкотекучесть; более высокую прочность и жаропрочность; более высокую коррозионную и противокавитационную стойкость; меньшую склонность к хладоломкости, алюминиевые бронзы не дают искр при ударе.

Недостатки алюминиевых бронз: значительная усадка при кристаллизации; склонность к образованию крупных столбчатых кристаллов; сильное окисление в расплавленном состоянии, при котором образуются оксиды алюминия, приводящие к шиферному излому в деформированных полуфабрикатах; вспенивание расплава при заливке в форму; трудность пайки твердыми и мягкими припоями.

Для устранения этих недостатков алюминиевые бронзы дополнительно легируют марганцем, железом, никелем, свинцом.

Факторы, характеризующие выбранный метод литья, - точность размеров, шероховатость поверхности, припуск на обработку резанием, гарантированные показатели плотности, структуры и механических свойств отливок, ограничение массы, размеров и сложности конфигурации отливки, наличие специфических дефектов и допустимость их исправления заваркой и другими методами, возможности завода-изготовителя.

Для изготовления детали «Корпус» из безоловянной бронзы БрА9Ж4Н4Мц1 в качестве метода (способа) литья выбираем литье в песчано-глинистые формы. Этот способ литья позволяет: обеспечить  достаточную точность размеров, получить достаточные механические свойства и требуемую структуру, не имеет ограничений по массе и размерам, позволяет получать отливки практически любой сложности конфигурации и позволяет предупреждать дефекты с помощью использования определенных покрытий и замазок, также преимуществом данного способа литья является достаточно низкая стоимость оснастки.

Факторы технологичности обработки резанием – геометрическая форма отливки, расположение отверстий, приливов, баз для механической обработки, возможность предварительной обработки перед заваркой дефектов, возможность стабилизирующей термической обработки, наличие термической и химико-термической операций, применяемые защитные покрытия, специальные методы испытаний и контроль размеров в процессе обработки детали.

Отливка «Корпус» имеет сложную конфигурацию. Габаритные размеры: 164×155×155 мм. Максимальная и минимальная толщина стенок составляют 45 и 9 мм соответственно. В конструкции детали есть полость сложной формы с тремя выходами, которую рационально выполнить с использованием стержня, а также отверстия диаметром 12 и 6 мм, которые целесообразно выполнить механическим сверлением.

В конструкции детали предусмотрены сопряжения, которые обеспечивают получение отливки без усадочных раковин, пористости и трещин. Соотношение толщин на сопрягаемых участках отливки не должно превышать 1:4. Все угловые сопряжения стенок выполняют с помощью внешних (R) и внутренних (r) радиусов закруглений.

Сопряжение стенок, отличающихся по толщине менее чем в 2 раза, выполняют в виде галтели радиусом:

где δ и δ1 – толщина сопрягаемых стенок.

Если сопрягаемые стенки по толщине отличаются в 2 раза и более, то переход выполняют в виде клина с галтелями, в этом случае радиус закруглений:

Длина переходной части:

Эти соотношения используют также и для определения размеров переходной части при других видах сопряжений.

При анализе технологичности детали важным показателем является минимальная толщина стенки отливки в миллиметрах.

Минимальную толщину δ стенок отливок при литье в песчаные формы выбирают по диаграммам (рис. 1) в зависимости от приведенного габаритного размера К отливки, определяемого по формуле:

,

Где l,b и h – соответственно длина, ширина и высота отливки, м.

Произведем расчет:

Определяем по диаграмме (Рисунок 1) наименьшую толщину стенки отливки, равную примерно 5 мм.

Рисунок 1 — Зависимость наименьшей толщины δ стенки отливки от ее приведенного размера K при литье в песчаные формы:  1 – сплавы на основе меди,   2 – алюминиевые и магниевые сплавы

Для оценки технологичности также используют КИМ (коэффициент использования металла) – отношение массы готовой детали к массе заготовки, характеризующее количество металла, которое необходимо удалить при обработке отливки резанием. В данном случае, при массе готовой детали 8,5 кг и массе заготовки 10 кг, КИМ равен 0,85.

С учетом данных полученных в процессе анализа технологичности отливки можно утверждать, что отливка «Корпус» изготовляемая из материала БрА9Ж4Н4Мц1 путем литья в песчано-глинистые формы является технологичной.

РАЗДЕЛ 2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1 Выбор положения отливки в форме, плоскости разъема модели и формы, формовочные уклоны. Определение припусков на механическую обработку.

Положение отливки в форме выбирается в зависимости от способа формовки, устройства литниковой системы, величины припусков на механическую обработку, размера опок и так далее. Выбор правильного положения формы при заливке оказывает решающее влияние на качество отливки и по существу предопределяет разъем формы и весь технологический процесс формовки.

При определении положения отливки при заливке необходимо стремиться к соблюдению следующих требований, направленных на получение качественных отливок:

      выполнять принцип направленного затвердевания;

      надо отдавать предпочтение положению отливки в форме, обеспечивающему минимальное количество разъемов, стержней, объемных частей, жеребеек и так далее;

      при выборе положения в форме отливок, которые имеют внутренние полости, образуемые стержнями, нужно предусмотреть возможность проверки толщины тела при сборке формы, а также возможность создания условий для надежного крепления стержней в ней.

Для отливки «Корпус» будет целесообразным горизонтальное расположение в форме, так как оно обеспечит направленное затвердевание, наилучшую заполняемость формы металлом,  упростит выемку отливки из формы.

Рисунок 2 — Положение отливки в форме: 1 – вертикальное, 2 – горизонтальное.

Выбор плоскости разъема формы является подчиненным выбору положения при заливке.

Для отливки «Корпус», расположенной в форме горизонтально, целесообразно выбрать разъем формы и модели, совпадающий с осью вращения, это обеспечит простоту выемки модели из формы, простоту установки и крепления стержней и даст плоскую поверхность разъема.

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.

Формовочные уклоны назначаются по ГОСТ 3212-92.

Для деревянного модельного комплекта, высотой от 100 до 160 мм формовочный уклон составит 25'  1,2 мм.

Формовочные уклоны для стержневых знаков составляют 6'.

Рисунок 4 — Примеры формовочных уклонов на чертеже отливки «Корпус»

Также необходимо назначить припуски на механическую обработку.

Исходя из технического задания:

      литье в песчано-глинистые формы,

      деталь изготавливается из бронзы марки БрА9Ж4Н4Мц1 ,

      максимальный размер детали 164 мм,

согласно ГОСТ Р 53464-2009 принимаем:

      класс точности размеров − 10,

      степень точности поверхности − 11,

      ряд припусков – 5,

      класс точности массы отливки – 12

      степень коробления – 8.

Проведем расчет литейных размеров, назначив допуски и припуски на обработку отливки. Например, рассчитаем значение внутреннего размера детали − диаметр 95 мм. Определяем допуск диаметрального размера отливки в соответствии с выбранным классом точности − 2,8 мм.

Размер «диаметр 95» является размером поверхности вращения, используемой в качестве базы при обработке. Общий припуск подобных размеров назначают по половинному значению общего допуска размера (ГОСТ Р 53464-2009, пп. 7.2.1). Согласно таблице 6 ГОСТ Р 53464-2009, припуск на чистовую обработку по допуску 1,4 по пятому ряду припусков составляет 2,3 мм на сторону. Припуск следует увеличить вдвое, так как обработка происходит по всему периметру. Конечный диаметральный размер отливки получается равным 90,4 ± 1,4 мм.

При расчете размера модели следует учитывать припуск на усадку литейного сплава. В соответствии с технологическими характеристиками бронзы принимаем его равным 1,5 %, то есть 1,4 мм. Следовательно, диаметральный размер в модели отливки составит 89 ± 1,4 мм.

Результаты расчета всех размеров отливки сведены в таблицу.

Таблица 4 — Сводная таблица размеров отливки в миллиметрах