Технологический процесс производства детали "Стакан"

Размещено на http://www.allbest.ru/

					ВлГУ 150100.08/2.06.5.000 ПЗ
Изм	Лист	№ докум.	Подп.	Дата
Разраб.					Литер	Лист	Литов
Провер.				Пояснительная записка		У		3	53
Н.конр.
Утв.

Введение

деталь стакан смеситель

Литейное производство обеспечивает отрасли машиностроения литыми заготовками или деталями - отливки. Отливки широко применяют в автомобилях, тракторах (блоки цилиндров двигателей, корпуса коробок передач, поршни, впускные и выхлопные патрубки двигателей), металлорежущих станках, прессах, прокатных станках (станины) и других машинах.

Особенности литейной технологии является процесс формообразования отливок, протекающий в форме, полости который имеют конфигурацию детали, Это придает процессу литья определенную гибкость - в нем практически отсутствуют ограничения по сложности конфигурации, которые другими видами обработки - ковкой, штамповкой, сваркой - получать экономические не целесообразно или невозможно. Литьем производят отливки массой от нескольких граммов (детали приборов) до нескольких сотен тонн (станины станков); отливки могут быть изготовлены из чугуна, стали, различных цветов металлов и сплавов.

Однако многие технологические процессы литейного производства до настоящего времени остаются достаточно энергоемкими и многооперационными. По этой причине на заводах и других предприятиях проводится работа по:

- повышению размерной точности отливок и разработке новых способов литья, обеспечивающих получение отливок, не подвергающихся обработке резанием, или с минимальным припусками на обработку.

- разработке новых составов формовчных и стержневых смесей, позволяющих улучшить качество поверхностей отливок, снизить трудоемкость изготовления форм и стержней, токсичность материалов или в перспективе устранить ее полностью, обеспечить полную регенерацию компонентов смеси с минимальными затратами:

- совершенство методов проектирования литейной технологии с целью повышения эффективности использования металла, созданию малоотходных и безотходных литейных технологий, экологически чистых литейных процессов.

- автоматизации литейных процессов - создание и широкое использование переналаживаемых автоматических литейных линий для условий серийного производства, разработка и применение гибких автоматизированных литейных комплексов на базе литейных технологических системами управления, микропроцессоров ЭВМ.

- Эффективность литейных процессов, в частности с применением литья в песчаные формы, может быть повышена за счет использования высокопрочных формовочных смесей для формовки в съемных опоках, быстротвердеющих формовочных и стержневых смесей, применения не извлекаемых моделей из пенополистирола. Такие технологические решения, основывающиеся на достижениях смежных, в частности химических, производств, существенно изменяют структуру литейных процессов, сокращают длительность изготовления разовых форм и отливок, улучшают и облегчают условия труда. Решения столь сложных задач требует повышение квалификации рабочих и инженерно технического персонала.

Общая характеристика литой детали

Наименование детали «Стакан». Марка сплава, из которого выполняется деталь - Чугун СЧ20 - серый чугун содержит: 3,3 % углерода,2,4% кремния, 0,8 % марганца, до 015% серы, до 0,2% фосфора, 93% железа, гарантируемое временное сопротивление при растяжении 20 МПа · 10-1. ГОСТ 1412-85

Размеры отливки: длина -158мм, высота 89мм

Масса детали - 2 кг

Толщина стенки - 9мм

Точность отливки -10-6-12-10

Данная конструкция литой делали технологична, конструкция отливки обеспечивает удобство извлечения моделей отливки из формы, что достигается при наименьшем количестве разъемов, обеспечивает простоту отливки, располагается вся в двух полуформах, внутренние полости изготавливаются стержнем, переходы и углы сопряжения стенок плавно переходят в тонкие сечения отливки.

Изготавливают детали для: картеров, крышек, блоков цилиндров, тормозных барабанов, головок и гильз цилиндров и других деталей автомобиле- и тракторостроения; станин, станков, разметочных плит, гидроцилиндров, клапанов.

Физические свойства чугунного круга с пластинчатым графитом:

Плотность r, 7,1х10² кг/м3

Линейная усадка, e, 1,2 %

Модуль упругости при растяжении, 900-1100 Е?10-2 МПа

Коэффициент линейного

расширения при температуре от 20 до 200°С, a 1/°С 10,0?10-6

Теплопроводность при 20°С, l, 50 Вт(м?К)

Требования к отливки:

- внутренняя поверхность должна быть чистой и гладкой;

- на необрабатываемых поверхностях допускается раковины глубиной неболее 2 мм.

- не допускаются на обработанных поверхностях раковины глубиной боле 3 мм.

Обоснование технологии изготовления отливки

Выбор способа формовки (ручной, машинной, автоматической) зависит от размеров отливки, ее конфигурации и характера производства. Ручная формовка в почве применяется при изготовлении малоответственных, а так же крупных и тяжелых отливок, а иногда и крупных в индивидуальном и мелко серийном производстве. Машинная формовка применяется в основном для мелки и средних отливок, а так же и крупных условиях индивидуального, серийного, массового производства. Формовка на автоматических линиях применяется только в условиях массового производства.

Для получения отливки «стакан» применяют формовочную машину «встряхивающее - прессовую с амортизацией ударов без поворота полуформы» по сырому, с использованием единой формовочной смеси. Процесс получения отливки в сырых формах, с использованием единой формовочной смеси более экономичен, прост в изготовлении. Исходя из массы отливки 2 кг, простой конфигурации отливки, толщиной стенки 9 мм и при данном характере производства (серийного), было приятно взять машину 22111М встряхивающую с допрессвкой без поворота полуформы. Преимущества машинной формовки по сравнению с ручной:

- больше производительность;

- выше точность отливки;

- меньше припуск на обработку;

- механизация трудоемких операций, уплотнение формовочной смеси и извлечение модели освобождает формовщиков от тяжелого труда.

При выборе формовки необходимо стремиться к тому, чтобы максимально механизировать и автоматизировать тех. процесс изготовления отливок. Тех самым снизить до минимума трудоемкость операций.

Выбор плоскости разъема и формы и положения отливки в форме при заливке

Выбранное положение отливки в форме должно быть удобным для формовки и сборки. Отливка «стакан» располагаю в двух полуформах из-за следующих соображений:

- при вынужденном расположении обрабатываемых поверхностей сверху необходимы такие условия расположения формы, при которых песчаные и газовые раковины могли бы образоваться только в удаляемых при обработке частях отливки.

- для отливки имеющих внутренние полости, образуемые стержнями выбранное положение отливки должно обеспечить возможность проверки толщины тела при сборке формы, а также создавать необходимые условия для крепления стержней.

- для предупреждения недоливов тонких стенок отливок следует размещать их снизу, а при отсутствии такой возможности - вертикально или наклонно.

Припуски на механическую обработку и усадку

Припуски на механическую обработку назначают по ГОСТ 26645-85. Этот ГОСТ регламентирует допуски на размеры, массу и припуски на механическую обработку.

Основные припуски на механическую обработку (на сторону) по ГОСТ 26645-85 в зависимости от допусков на размеры отливок следует устанавливать дифференцировано для каждого элемента отливки. Меньшие значения припуска устанавливают при более грубых квалитетах точности обработки отливок, больше значения припуска устанавливают при более точных квалитетах:

- на обработанных поверхностях отливки сверх припуска на механическую обработку за счет увеличения размеров отливки;

- на необрабатываемых поверхности отливки, не сопрягаемой по контуру с другими детали, за счет уменьшения или увеличения размеров по контуру с другими деталями, за счет уменьшения или увеличения размеров отливки в зависимости от поверхности сопряжения.

Усадкой называют уменьшение объема сплава при переходе его из жидкого состояния в твердое. Одни и те же сплавы могут давать различную усадку, зависящую от размеров и сложности отливок, а также применяемых при их изготовлении формовочных и стержневых смесей. Так, крупные и круглые отливки практически не дают усадки по диаметру, в то время как по высоте она имеется. В сложных отливках, имеющих полости и ребра, линейная усадка получается неполной ввиду торможения ее со стороны формы. Величину усадки выражают в процентах и проставляют на чертеже литой детали.

Для отливки «стакан» принимаем линейную усадку 1 %.

Расчет припусков на механическую обработку.

Определяем класс размерной точности отливки ГОСТ 26646 - 85 9Т - 13

Выбираю 10 класс размерной точности отливки.

Степень коробления ГОСТ 26645 -85

Отношение минимальной толщины стенки к максимальному номинальному размеру 7 - 10

Выбираю 6 степень коробления.

Степень точности. ГОСТ 26645 -85

Выбираю 12 степень точности поверхностей отливки.

Класс точности масс. ГОСТ 26645 -85

Выбираю 10 класс точности масс.

Точность отливки 10 - 6 - 12 - 10 ГОСТ 26645 -85

Выбираю ряд припусков на обработку отливки в зависимости от степени точности поверхности отливки ГОСТ 26645

Выбираю 6 ряд припусков.

Таблица 1 - Определение величины припуска на механическую обработку

№п/п	Параметр	Размер,мм
		96 мм	57 мм	158мм
1.	Допуск размеров отливки, мм	2,0	2,0	2,2
2.	Допуск формы, мм	0,44	0,44	0,64
3.	Общий допуск, мм	1,8	1,8	1,8
4.	Общий припуск на сторону, мм	3,5	3,5	3,5

Стержни, знаковые части стержней

Литейный стержень - применяемая в литейном производстве отъёмная часть литейной формы, оформляющая внутренние полости отливки. В тех случаях, когда конфигурация литейной модели затрудняет её извлечение из литейной формы, используют и для формирования наружных частей отливки имеют знаки, которые устанавливают на опорные поверхности -- знаки литейной формы. Изготовляют на стержневых машинах, из специальных стержневых смесей с последующей их сушкой или отверждением, в том числе непосредственно в стержневых ящиках.

Таблица 2

Диаметр стержня, мм	Длина стержня, мм	Длина знака,мм
60	160	35
80		30

Таблица 3

Длина знака, мм	Длина стержня, мм	Зазор S1, мм	Зазор S2, мм
40-60	160	0,6	0,7

В зависимости от сложности стержней их подразделяют на пять классов. Так как стержень имеют простую конфигурацию, образует в отливки внешний и внутренний механически обрабатываемые и необрабатываемые поверхности, выбираем стержень 4-го класса.

Определение количества отливок в форме и их расположение

При определении количества деталей в форме соблюдается рекомендуемая толщина слоев формовочной смеси на различных ее учасках, в зависимости от массы отливки:

- минимально допустимая толщина слоя от модели до стенки опоки 40 мм.

- толщина слоя между моделью и шлакоуловителем не менее 30 мм

- толщина слоя между моделями не менее 40 мм.

Так как применение размеров больших, чем рекомендуемых влечет за собой увеличение затрат труда на уплотнение формовочной смеси, нецелесообразный расход смеси, а применение меньшей толщины может вызвать брак отливок вследствие разрушения металлом формы.

Соблюдая все размеры, в форме 400*500 помещается 4 отливки.

Выбор типа опок и определение их размеров

Формы в литейном производстве изготовляют в основном в опоках. Опоки изготавливают из чугуна марок СЧ15, СЧ20 и стали марок 20Л, 25Л и ЗОЛ. Нормальные размеры опок определяются габаритами моделей, расположением литниковой системы и необходимыми расстояниями между ними и стенками опок, а также между моделями и верхними и нижними кромками опок. Эти расстояния надо делать возможно меньше, однако они должны быть достаточными, чтобы обеспечить сопротивление формы продавливанию или прорыву ее металлом в полости разъема.

Наиболее совершенными считаются литые или сварные опоки. Обычно форму получают в двух опоках верхней и нижней. Для транспортировки и кантовки на малых опоках предусмотрены рачки, а на больших (красновых) цапфы. Опоки для автоматической формовки должны обладать большой жесткостью, точностью и быть взаимозаменяемые. Для удаления газов в плите предусматривают отверстия. Определяют точность сборки штыри и втулки. На машинной формовке крепление полуформ осуществляется грузами, скобами. Для данной отливки применяют модели из марки АК7 ГОСТ 1583-93. В соответствии со свыше перечисленными данными было принято взять опоки 400*500. По ГОСТ 15002-69.

Выбор и расчет литниковой системы и места подвода металла. Обоснование выбранного типа литниковой системы и места подвода металла

Литниковая система - это система каналов и устройств для подвода в определенном режиме жидкого металла в полость литейной формы, отделения неметаллических включений и обеспечение питания отливки при затвердевании. При расчете литниковых систем всегда надо подразумевать, что расплав, из которого изготавливается отливка, находится в жидком состоянии, в котором всегда присутствуют различные включения. Однако при расчете литниковых систем применяются формулы, которые используют для расчета идеального чистых жидкостей. В практике существует несколько методов расчета:

- по гидравлической формуле Озанна - Диттерта;

- графический метод по номограмме Соболева;

- по удельной скорости заливки;

Из трех методов самые точные результаты получаются при использовании гидравлической формуле Озанна - Диттерта. Производим расчет литниковой системы для отливки «Стакан».

Расчет литниковой системы

Расчет суммарного сечения питателей производистся по формуле Озанна - Диттерта:

	(1)

где Gж.м-масса жидкого металла, кг

м - коэффициент, учитываюий сопротивление каналов литниковой системы;

- плотность расплавленной стали , кг/м³;

- продолжительность заполнения (заливки) формы, с ;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

Hp - расчетный статический напор, м ;

Масса заливаемого в форму жидкого металла в данном случае определяется из равенства G=4Q (в форме расположено 4 отливки).

Расчетный металлостатический напор зависит от высоты отливки, а также от ее положения в форме и опеделяется из следующего уравнения:

	(2)

где Н - высота стояка от места подвода расплава в форму, см;

С - высота отливки, см;

Р - высота отливки от места подвода расплава в форму, см;

Продолжительность заливки формы определяют по формуле:

	(3)

где - преобладающая толщина стенки отливки, мм;

S - коэффициент, зависящий от толщины стенки и конфигурации отливки:

- для чугуна S=1,9;

G= (2*4)*1.3= 10,4 кг

м= 0,35

= 7200 , кг/м³

q = 9.8 м/с²

H = 150 мм

S = 1,9

= 10 мм;

Определив , найдем площади сечения остальных элементов литниковой системы: шлакоуловитель Fшл и стояка Fст.

: Fшл : Fст = 1:1,1:1,2

F_пит=2,7 см²

F_шл=2,7*1,1=3 см²

F_ст=2,7*1,2=3,1 см²

1 Расчет размеров шлакоуловителя

Принимаем трапецеидальное сечение шлакоуловителя. Размеры сечения определяем из следующих соотношений: высота шлакоуловителя h_Ш = 1,25a_Ш, нижнее основание сечения а_Ш = 1,3b_Ш (где b_Ш - верхнее основание сечения шлакоуловителч).

Принимаем:

а = 13мм

b = 17 мм

h = 20мм

Рис.

2) Питателей в форме всего восемь. Площадь сечения одного питателя

F_П = УF_П / 8 = 2,7/8 = 0,4 см². Принимаем трапецеидальное сечение питателя. Размеры сечения определяем из следующих соотношений: высота питателя h_П = 0,25 * h_Ш, нижнее основание сечения a_П = b_П + 3 (где b_П - верхнее основание сечения питателя).

Расчет размервов питателя

Принимаем:

а =10мм

b = 7мм

h = 5мм

3) Принимаем стояк круглого сечения диаметром у основания:

принято d = 20 мм



Рис.

Определяем L_min - минимальное расстояние от стояка до первого питателя:

L_min = ;

G _ср = ;

G _н.расх = К * G_ср = 1,1 * 1,156 = 1,144 ;

К = 1,1 ;

Характеристика модельного комплекта. Обоснование выбранного материала для изготовления модельного комплекта

Для изготовления отливок в разовых песчаных формах необходима специальная литейная оснастка, от конструкции и качества которой в значительной мере зависит качество и трудоемкость производства литья. Процесс изготовления модельного комплекта независимо от рода выбранного материала является довольно сложным и трудоемким, а номенклатура модельного комплекта на машиностроительных предприятиях довольно обширна, поэтому очень важно, чтобы выбор материала для изготовления модельного комплекта был экономически обоснован.Более ? модельного комплекта изготавливается из дерева, однако деревянные модельного комплекта, как правило, используются при единичном и мелкосерийном производстве отливок. В массовом и крупносерийном производстве литья используются металлические модельного комплекта или модельного комплекта из пластмасс и эпоксидныхсмол. Металлический модельного комплекта имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с деревянным. Металлические модели более долговечны в работе, дают четкую конфигурацию и гладкую поверхность отливок, менее подвержены поломкам и не коробятся, однако стоимость их изготовления в 3-5 раз выше стоимости изготовления деревянных моделей.

Для изготовления модели «Стакана» целесообразно использовать алюминиевые сплавы: ГОСТ 2685-75 АЛ2.

Характеристика алюминиевых сплавов: легкость, наличие антикоррозионной пленки, удовлетворительная прочность, хорошая обрабатываемость, усадка (1-2%).

Срок службы при машинной формовки: 50000-75000 формовок.

Величина припуска на усадку выбирается в зависимости от материала отливки (Сталь 20Л) и составляет 1 %.

Формовочные уклоны придаются вертикальным поверхностям изделий для удобства извлечения их из формы и регламентируется ГОСТом 3212-57. Размеры, уклоны и зазоры между знаком формы и стержня регламентируются ГОСТом 3606-57.

Состав модельного комплекта

Модельный комплекты состоят из: модели отливки (верха и низа) и модели элементов литниковой и питающих систем; модельных плит. Формовочный комплект оснастки необходим для получения разовой формы.

Технология изготовления модельного комплекта

Стержневые ящики, предназначены для изготовления стержней на пескодувных машинах, имеют ряд особенностей. Половины корпуса ящика центрируют с помощью втулок и штырей. Ящик снабжают специальным вдувным устройством.

Конструкция металлических модельных плит зависит от типа формовочной машины, конфигурация отливки и вида формы. Плиты должны иметь высокую жесткость и прочность, поэтому их изготавливают из чугуна и стали и предусматривая ребра жесткости (при более или менее больших размерах опоки в свету). С целью облегчения разметки металлических заготовок размеры на рабочих чертежах моделей проставляют от одной базовой оси или плоскости. Величины формовочных уклонов наружных и внутренних поверхностей назначают по ГОСТу 3212-92 в угловых градусах и минутах. Модели и элементы литниковой системы крепят к плите с помощью стандартных крепежных изделий таким образом, чтобы не нарушить очертание формообразующей поверхности. Для фиксации моделей отливок на модельной плите служат штифты цилиндрические ( ГОСТ 33128-70), а для закрепления сболты (ГОСТ 7796-70) и винты (ГОСТ 1491-80).

Формовочные и стрежневые смеси. Обоснование выбранных смесей

Литейные формы заливают в сырую и всухую. При изготовлении мелких и средних отливок простой конфигурации (массой до 1 т) формы заливают обычно в сырую. В зависимости от этого формовочные смеси подразделяют на смеси для заливки в сырую форму и для заливки в сухую форму. В зависимости от металла отливки формовочные смеси подразделяются на смеси для чугунного, стального и цветного литья.

Формовочные смеси для форм чугунных отливок приготавливают из глинистых песков. Для мелких отливок применяют единые формовочные смеси. В качестве противопригарной добавки в семи добавляю каменно - угольную пыль. Единые смеси должны обладать прочностью и газопроницаемостью. Такие свойства достигают применением высококасественых материалов, кварцывые песок марок 1К; 2К. Для оливки «стакан» принимаем следующую единую формовочную смесь, с ее свойствами:

Таблица 4

Характеристика отливки	Характеристика смеси	Состав смеси, % (по массе)
Масса, кг	Толщина стенки, мм	Содержание глинистых составляющих	Газопроницаемость	Прочность на сжатии	Влажность,%	Отработанная смесь	Свежие материалы	Каменный уголь
	Рекомендовано
До 20	>10	8-10	25-35	0.30-0.5	4-5.5	59-78	20-38	2-3
	Принято
	70	27	3

Отработанная смесь проходит регенерацию, так как после выбивки отливок смесь содержит частицы металла, формовочные шпильки и другие включения.

При регенерации выполняют дробление комков формовочной смеси, просеивание и охлаждение просеянной смеси, удаление пылевидной фракции и крупных неразрешенных комков. Металлические примеси удаляют при просеивании смеси или, если эти примеси магнитны, пропускают смеси через магнитный сепаратор.

Приготовление смесей осуществляется путем перемешивания компонентов в лопасти смесителя и малоскоростных бегунах с вертикально вращающимися катками.

Для изготовления стержней, используем нагреваемый оснастку, основу которых составляет сухой среднезернистый кварцевый песок, смоляной связующий материал ; катализатор - 0,20-0,50. Выбор типа и количества связующего материала зависит от многих факторов, основными из которых являются: вид сплава отливки, геометрические размеры стержня, технологически необходимая скорость отверждения прочностные показатели стержня и др. Для реализации этой технологии могут быть использованы любые смоляные связующие материалы, описанные.

Так, смеси карбамидоформальдегидно-фурановые связующие, как показала практика, являются наиболее реакционноспособными. Стержни, изготовленные на этих связующих, обладают очень высокой прочностью и достаточно высокой гидро- и термостойкостью. Однако из-за наличия азота они применяются в основном только для изготовления стержней чугунных отливок. В отечественных литейных цехах применяют: фуритол -КФ-90.

Так же в смесь добавляют катализатор, способствующих ускорению процесса отверждения стержней, и представляют собой водные растворы солей кислот, устойчивых при нормальных температурах. При повышении температуры эти соли в водном растворе (вода содержится в смоле, песке, катализаторе) диссоциируют с образованием сильной диссоциированной кислоты. Так как все используемые в этой технологии смолы являются поликонденсационными, то процесс поликонденсации олигомеров (отверждения смолы) при повышенной температуре и в присутствии сильной кислоты или смеси кислот проходит очень быстро.

Таблица 3 Состав стержневой смеси.

Массовая доля компанентов, %
Песок 1К016	Связующие	Катализатор
95,4	2,8 (смола КФ-90)	1,8 (ортофосфорная кислота)

Технология приготовления смесей

Приготовление смесей осуществляют последовательным перемешиванием песка, связующего катализатора отверждения и добавок. Подача, дозировка и загрузка в смеситель исходных составляющих смеси, а также выпуск готовой смеси легко механизируются и автоматизируются применением специального оборудования. Заполнение стержневого ящика смесью и ее уплотнение производят пескодувным способом. Отверждение стержней в ящиках осуществляется выдержкой их на воздухе или продувкой сжатым воздухом, подогретым или нормальной температуры, а также добавлением активного катализатора или без него.

Остальные технологические операции (извлечение стержня, отделку, окраску, сборку и др.) выполняют практически так же, как и при других процессах изготовления стержней.

При массовом и крупносерийном производстве отливок скорость отверждения смеси в ящиках до 0,5--3 мин за счет использования высокореакционных связующих материалов и катализаторов отверждения.

Регенерация смесей

При заливке жидкого металла в литейную форму, при затвердевании и охлаждении отливки слой формовочной смеси, прилегающей к отливке, нагревается до значительных температур. Самый близкий к отливке слой смеси может нагреваться до температуры, равной температуре жидкого металла. При таком нагреве, который протекает очень резко, в составляющих формовочную смесь материалах происходят изменения их физико-химических свойств.

Зерна кварцевого песка при резком нагревании разрушаются, появляются более мелкие зерна осколочной формы и пыль. Глина при температурах выше 600°С теряет связующие свойства, переходит в инертную пылевидную массу. Связующие быстротвердеющих смесей (органические) выгорают с образованием частиц кокса В жидкостекольных смесях на частицах кварца создается пленка геля кремниевой кислоты, что делает невозможным повторное использование этих смесей. Перечисленные явления приводят к необходимости переработки формовочных смесей для восстановления их первоначальных технологических свойств. Переработку смесей производят также и потому, что формовочные смеси после выбивки отливок содержат частицы металла, формовочные шпильки и другие примеси.

Комплекс технологических операций по очистке смеси от механических примесей и восстановлению ее технологических свойств называют регенерацией. При этом выполняют дробление комков формовочной смеси, просеивание и сушку просеянной смеси, удаление пылевидной фракции и крупных неразрушенных комков.

Металлические примеси удаляют при просеивании смеси или, если эти примеси магнитны, пропускают смеси через магнитный сепаратор.

Разделение формовочной смеси на фракции, включая обеспыливание, осуществляют в гидравлических и механических установках воздушным способом, а также в специальных установках электрокоронной сепарации.

Противопригарные и вспомогательные материалы и добавки

При формовке по-сырому, чтобы получить отливки из чугуна без пригара, вводят в смеси легко газифицирующиеся углеродосодержащие вещества.

Углеродсодержащие материалы - неотъемлемые компоненты песчано-глинистых (бентонитовых) формовочных смесей для производства чугунных отливок в массовом и серийном производстве. До недавнего времени основным таким материалом в нашей стране был молотый (гранулированный) каменный уголь. Однако в последние несколько лет начато производство и освоение на ряде предприятий новых, более эффективных материалов - заменителей угля. Разработано и поставляется большое количество различных материалов, в той или иной степени свободных от перечисленных недостатков. К их числу следует отнести в первую очередь комплексные добавки, иногда называемые также синтетическими углями. Основное отличие таких добавок - повышенный в 1,5-2 раза по сравнению с углем выход блестящего углерода и, соответственно, уменьшенный расход; изменяемые по требованию заказчика интервал пластического состояния (противоужиминный эффект) и санитарно-гигиенические характеристики. Гладкая поверхность чугунных отливок достигается путем выделения в зоне контакта "металл - стержень" тонкого слоя блестящего углерода, основным источником которого являются продукты термодеструкции компонента 2 (полиизоцианата).

С другой стороны, блестящий углерод иногда приводит к образованик) дефекта типа складчатости на поверхности отливок - в этом случае выход блестящего углерода ограничивают путем введения в смесь добавок Fe2O3.

Добавки: оксид железа - увеличивает теплопроводность, предотвращает растрескивание стержней, улутшает качество и уменьшает шереховатость поверхности отливок, связывает атомарный азот; графит кристаллический - повышает теплопроводность и огнеупорность смеси; стеарат цинка или кальция - уменьшает прилипаемость стержневой смеси к оснастке, увеличивает живучесть и текучесть смеси.

Наряду с основными исходными материалами иногда применяют дополнительные добавки и смесь, предназначенные для улучшения некоторых технологических свойств смеси и стержней, например для увеличения живучести смеси, улучшения противопригарных свойств, податливости стержней, предотвращении образования подкорковой газовой пористости и просечек. В качестве таких добавок применяют оксид железа, древесную муку. этиловый спирт, оксид алюминия, колчедановый огарок, керосин.

Литейный клей применяют для склеивания стержней. Клей должен иметь хорошую кроющую способность при нанесении на склеиваемые поверхности, обладать минимальной гигроскопичностью, обеспечивать необходимую прочность склеивания. Прочность клеевого соединения определяют при растяжении предварительно раскаленные по минимальному сечению и склеенных стандартных стержней - восьмерок с последующим испытанием высушенных и охлажденных образцов.

Пример литейного клея: огнеупорная глина - 60%, декстрин - 40%, прочность на разрыв 7 кгс/см².

Замазки применяют при окончательной отделке стержней, для доделки поверхностных дефектов (швов, трещин и т.п). Они должны иметь хорошую пластичность, после подсушки не должны давать трещин и отслаиваться от стержней.

Пример замазки: графит 65,9%, тальк 25,43%, бентонит 8,67%, вода 69% (сверх 100%). Для сохранения пластичности замазку хранят в закрытой таре.

Описание технологии изготовления отливки. Формовка

Очень важными операциями являются увлажнение и перемешивание смеси. Тщательное перемешивание смеси необходимо для равномерного распределения ее составляющих. При перемешивании глина и связующее обволакивают зерна песка, комья отдельных составляющих разрушаются и равномерно распределяется влага. Хорошо перемешанная смесь обладает максимальной прочностью и газопроницаемостью. Для перемешивания смеси применяют лопастные смесители или бегуны.

Лопастной смеситель - это машина непрерывного действия, он может быть встроен в автоматизированную смесеприготовительную систему. Смеситель часто применяют для приготовления смесей с низким содержанием глины (наполнительных смесей, сыпучих и т.д.) или смесей с жидкими связующими. Смеси с высоким содержанием глины в лопастном смесителе плохо перемешиваются и поэтому обладают низкими технологическими свойствами. Такие смеси обычно приготовляют в катковых смесителях-бегунах.

Порядок загрузки составляющих смеси. Сначала загружают сухие материалы: песок, глину и отработанную формовочную смесь. Сухую смесь перемешивают примерно 1-3 минуты и затем увлажняют. В случае применения глинистой эмульсии (раствора глины в воде или же глиноугольной эмульсии) влажность регулируют добавлением раствора эмульсии и воды. После увлажнения смесь еще раз перемешивается в течение нескольких минут. Связующие обычно загружают последними. Продолжительность перемешивания составляет для смеси: наполнительной 2-3 мин, 3-5 минут и облицовочной 5--10 мин.

Для быстросохнущих облицовочных смесей особое значение порядок загрузки и продолжительность перемешивания смесей. Обычно быстросохнущие смеси приготовляют в смешивающих бегунах. При приготовлении этих смесей сначала в бегуны загружают сухие материалы (отработанную смесь, песок, добавки и пр.) и перемешивают в течение 5 минут, затем вводят связующее и воду, все перемешивают еще 7--10 мин. Готовая смесь должна вылежаться перед употреблением в течение нескольких часов для равномерного распределения в ней влаги.

Изготовление полуформы на машинах производится после следующих подготовительных операций: последовательной установки модельного комплекта, опоки, наполнительной рамки; заполнения опоки формовочной смесьс; предварительного встряхивания; пополнение опоки смесью; снятие наполнительной рамки.

Далее полуформа изготавливается в автоматическом режиме путем встряхивания с одновременным прессованием и последующей вытяжкой модели из формы с включением вибратора. В пооперационном режиме могут осуществляться также встряхивание с последующим прессованием, простое встряхивание и простое прессование.

В серийном производстве при использовании машиной формовки и поточной линий сборку форм выполнят на тележке литейного конвейера. При этом иакже проводят контроль качества сборки формы и стержней. Готовая форма перемещается конвейером к месту заливки.

Изготовление стержней

Приготовление смеси осуществляется путем перемешивания компонентов, в лопастном смесителе. Из-за довольно высокой вязкости связующих предпочтительно проводить перемешивание смеси в оборудовании, имеющем скорость вращения вала не более 30 об/мин. Перемешивание в быстроходных смесителях приводит к разогреву смеси, падению прочности, осыпаемости отвердевших стержней. Готовая смесь надувается в нагретую до температуры 200-250 °С стержневую оснастку и отвердевает в ней. При этом нагрев стержневого ящика происходит газом.

Приспособления и инструмент

Формовочные инструменты подразделяют на две группы: для уплотнения ;для отделки

К первой группе относят пневматические трамбовки ИП4502, ТР-1, ТР-2, ТР-4, ТР-6 с рабочим давлением воздуха 6 кгс/см2, киянки с деревянными и резиновыми бойками, различные по геометрической форме набойки, ручные трамбовки и другой формовочный инструмент.

Группа инструмента для отделки поверхностей формы и стержня включает гладилки, полозки, ложечки, ланцеты, крючки, вентиляционные длинные и короткие иглы и др.

Пневматическая трамбовка с клинообразным башмаком служит для первоначального уплотнения смеси, а с круглым -- для окончательного уплотнения после заполнения опоки или стержневого ящика смесью.

Ручные трамбовки применяют для уплотнения смеси в небольших стержневых ящиках и опоках.

Вентиляционными иглами накалывают вентиляционные каналы в стержнях и формах для того, чтобы улучшить их газопроницаемость. Один конец металлической иглы заострен, а на другом имеется ручка из дерева или пластмассы.

Киянки деревянные применяют для уплотнения и подтрамбовки верхнего слоя смеси, осаживания в смесь вкладышей и для расталкивания отъемных частей перед их извлечением.

Гладилками заглаживают неровности и разъемы стержней форм при ремонте, а также используют для других отделочных операций.

Ложечками выглаживают фасонные плоскости, галтели и сферы при отделке и ремонте стержней и форм.

Ланцетами заглаживают узкие глубокие места при отделке стержней, форм и извлекают остатки смеси.

Крючками заглаживают узкие глубокие места при отделке форм и стержней, извлекают остатки смеси из полостей стержня, формы.

Формовочный инструмент изготовляют в соответствии с техническими требованиями (ГОСТ 11801--74). Рабочие поверхности металлического инструмента должны быть полированы или шлифованы и не иметь трещин, заусенцев, коррозии и других дефектов. При необходимости инструмент подвергают термообработке. Инструмент с целью предупредить его коррозию периодически смазывают минеральным маслом или иными защитными покрытиями.

Сборка формы

Сборка является заключительным и важным этапом в технологическом процесс изготовления литейных форм. Она влияет как на качественные характеристики отливки (точность, отсутствие газовых и песчаных раковин), так и на трудоемкость последующих финишных операций.

Неправильная сборка формы может быть причиной неисправимого брака отливки. Собранная форма должна обеспечить получение отливки без литейных дефектов с заданными конфигурацией и размерами.

Технология процесс сборки форм в общем случае состоит из следующих основных операций: подготовки полуформ и стержней к сборке; накрывания нижней полуформы верхней ( спаривание полуформ); установки литниковых и выпорных чаш; скрепления полуформ или погружение формы.

При спаривании полуформ необходимо обеспечить точность их соединения (центрирование). Для сырых форм соединение производят непосредственно после установки стержней. В данном задании центрирование полуформ при их спаривании производят с помощью двух сборочных штырей, размещаемых по оси опоки на сторонах, где расположены цапфы. С позиции удобства сборки выбран способ центрирования штырем, когда в процессе опускания верхней полуформы сборочный штырь находится в ней.

Расчет силы давления металла на опоку, способ загрузки формы

Расплав при заполнении собранной формы оказывает давление на стенки формы и стремиться поднять верхнюю полуформу. Чтобы избежать подъема верхней полуформы и утечки расплава по разъему, форму перед заливкой нагружают грузом или скрепляют полуформы различными способами. Груз обычно отливают из чугуна. Масса груза, определяемая при Расплав при заполнении собранной формы оказывает давление разработке техпроцесса, вместе с массой верхней опоки должна гасить подъемную силу, действующую на верхнюю полуформу при заливке.

Груз не должен мешать заливке формы. Накладывают груз аккуратно без толчков и ударов, чтобы не повредить форму. Наиболее распространенная схема грузоукладчика непрерывный подвесной цепной конвейер с грузами, синхронно движущийся с литейным конвейером над его заливочным участком. В начале заливочного участку грузы опускаются на собранные формы благодаря изгибу в вертикальной плоскости опорного рельса конвейера с грузами, определяющего траекторию его движения. В конце участка заливки обратный изгиб пути заставляет грузы подниматься - формы разгружаются.

Средние полуформы чаще всего скрепляют четырьмя скобами, одеваемыми на специальные платики - приливы опок. На клинообразные приливы устанавливают скобу, концы которой выполнены с тем же уклонам. Чтобы предотвратить смещение полуформ при креплении, погружение форм и крепление скобами производят с установленными сборочными штырями.

Металлостатический набор Н (высота от верхнего уровня заливочной воронки или чаши до плоскости разъема формы) способствует заполнению формы металлом и получению хорошего отпечатка формы на отливке. Одновременно этот напор создает давление металла на форму, что создает необходимость обеспечения определенной прочности формовочной смеси.

Наконец, давление металла на верхнюю полуформу создает подъемную силу.

Подъемная сила увеличивается при наличии в отливке стержня, который стремится всплыть в жидком металле в соответствии с законом Архимеда. Общая подъемная сила может достигать больших значений и приводить к подъему верхней полуформы в конце заливки. В этом случае жидкий металл вытекает по плоскости разъема из формы, отливка уходит в брак, а на заливочном участке может возникнуть аварийная ситуация.

Чтобы избежать этого, необходимо всегда рассчитывать подъемную силу и определять необходимость и массу дополнительного груза, который при необходимости ставится сверху на форму. Вместо груза может применяться также крепление опок друг к другу скобами, болтами, автоматическими зажимами.

Расчет подъемной силы расплава, действующей на верхнюю полуформу, определяется по формуле: Р_р = Н*_м* F_п.о + V_р._ст*(_м - _ст)

где Н - металлостатический напор, м; _м - плотность металла (для чугуна можно принять 7200 кг/м³); F_п.о - площадь сечения отливки по плоскости разъема в проекции на верхнюю полуформу, м²;. V_р._ст - объем рабочей части стержня, м³.

Площадь проекции отливки и объем рабочей части стержня определяются по чертежу методом условного деления сложного тела на простые элементы подсчетом для этих простых элементов и последующим суммированием полученных величин.

Подъемная сила Р_р в конце заливки может вырастать в 1,2 - 1,5 раза за счет явления гидравлического удара.

Поэтому масса груза определяется так:

где - масса груза для формы, кг; К_г - коэффициент, учитывающий гидравлический удар в момент окончания заполнения формы (обычно К_г = 1,3 - 1,5);

г_ж.м - плотность жидкого металла (для чугуна г_ж.м = 7200 кг/м³); V - объем пространства над отливкой в верхней полуформе до уровня металла в литниковой чаше м³; Q - масса верхней полуформы, кг.

Плотность формовочной смеси можно принять равной _п.ф = 2500 кг/м³

Р_р =0,148*7200*0,0159 + 0,0006*(7200 - 2500) = 19,7 кг ;

Масса опоки без смеси равна 24 кг (ГОСТ 17128-71), все опоки уже превышает подъемную силу, следовательно, рассчитывать массу смеси не целесообразно. Делаю вывод - опоку можно не нагружать, подъема не произойдет.

Заливка формы

Химический состав металлической завалки определяется в зависимости от марки сплава и регламентируется ГОСТ 1855-85.

Таблица 6: Состав СЧ20 по ГОСТ 1412-85

С	Si	Mn	Не более
			P	S
3.3-35%	2.0-2.4%	0.5-0.8%	0.2	0.15

Плавильные печи должны обепечит получение металла заданного химического состава, малый угар металла и минимальное насыщение его вредными примесями и газами. Наибольшее применение для плавки чугуна в индукционной печи.

Для плавки чугуна СЧ20 выбираем сталеплавильную печь ИЧТ - 6/1,6.

Электропечь индукционная ИЧТ-6/1,6 предназначена для плавки и перегрева чугуна, а также для получения синтетического чугуна на основе отходов металлообрабатывающей промышленности.

Структура условного обозначения

ИЧТ-6/1,6:

И - метод нагрева - индукционный;

Ч - основной расплавляемый металл - чугун;

Т - конструктивный признак - тигельная;

6 - емкость, т;

1,6 - мощность питающего трансформатора, МВ·А;

Условия эксплуатации

Высота над уровнем моря не более 1000 м.

Температура окружающего воздуха от 5 до 40°С.

Относительная влажность до 80% при температуре 25°С.

Окружающая среда невзрывоопасная, содержащая агрессивные газы, пары и пыль в концентрациях, не превышающих указанных в ГОСТ 12.1.005-88.

Вода, охлаждающая индуктор, должна соответствовать требованиям ГОСТ 16323-79.

Электропечь соответствует ТУОНН.538413-87, по технике безопасности - ГОСТ 12.2.007.9-88.

Воздействие механических факторов - М2 по ГОСТ 17516.1-90;

степень защиты электропечи IР00 по ГОСТ 14254-80.

Технические характеристики

Емкость электропечи, т - 6,0 Номинальная мощность (потребляемая из сети), МВт - 1,564 Мощность питающего трансформатора, МВ·А - 1,6 Число фаз: питающей сети - 3 контурной цепи - 1 Частота тока, Гц - 50 Номинальное напряжение, В: питающей сети - 6000 или 10000 контурной цепи - 1040 Температура перегрева металла, °С - 1500 Скорость расплавления и перегрева, т/ч - 2,706 Удельный расход электроэнергии, кВт·ч/т - 578 Соs j после компенсации, не менее - 0,97 Расход охлаждающей воды, м3/ч - 14,74 Масса электропечи (комплекса), т - 49,84

Гарантийный срок эксплуатации - 1 год со дня ввода в эксплуатацию при соблюдении потребителем условий хранения, монтажа и эксплуатации, установленных эксплуатационной документацией. Полный установленный ресурс индуктора до капитального ремонта - 20000 ч. Полный средний срок службы электропечи - 10 лет.

Конструкция и принцип действия. Расплавление и перегрев металла происходят за счет протекающих в нем токов, возникающих под воздействием электромагнитного поля индуктора. При этом возникают также электродинамические силы, которые создают интенсивное перемешивание металла, обеспечивающее равномерность температуры и однородность состава жидкого металла.

В процессе расплавления металла автоматически поддерживается на индукторе напряжение заданной величины. Электропечь снабжена симметрирующим устройством, что исключает возможность возникновения перекоса фаз питающей сети.

Контроль состояния футеровки тигля осуществляется визуально и периодическими замерами его внутренних размеров. В качестве дополнительного устройства электропечь оборудована сигнализатором, который контролирует состояние футеровки тигля.

Электропечь состоит из следующих основных сборочных единиц: устройство опрокидывающее и вставка плавильная. Устройство опрокидывающее состоит из станины, рамы поворотной, двух плунжеров наклона электропечи, механизма подъема и поворота крышки, опорных колонн. Станина устанавливается на фундаменте и крепится фундаментными болтами или на опорах устройства весового при применении последнего.

Плавка в индукционной печи имеет ряд преимуществ:

- высокий К.П.Д. (85%)

- небольшой угар дорогих легирующих элеметов.

- возможность применения защитных атмосфер для ведения технологического процесса.

Заливка форм осуществляется на непрерывно движущим литейном конвейере механизированными заливочными установками, снабженными автоматической системой управления.

При заливки форм нужно учитывать потери температуры чугуна при выпуске из печи и переливе из ковша в заливочную установку.

Ковши служат для транспортировки жидкого металла и заливки форм. Они представляют собой стальной кожух, внутренние стенки и дно которых выложены огнеупорным материалом. Сушка ковшей производится в сушильных камерах при 300-350°С, переносными горелками или на специальных плитах. Продолжительность сушки ковшей емкостью 500 килограмм - 8часов. При подготовке ковша к плавке производят текущий ремонт футеровки: удаляют со стенок и днища ковша шлаковые и металлические настыли вместе со слоем футеровки, после этого футеровку снова восстанавливают, сушат и разогревают.

Потери температуры чугуна при выпуске из печи, транспортировании и переливе из ковша в ковш, если это предусмотрено технологическим процессом, должны быть учтены при установлении температуры заливки форм. При выпуске чугуна из печи потери температуры состовляют 20-40 ⁰С, по этому расплав необходимо перегреть на 50-80 ⁰С при выпуске его из печи.

Таблица 7: Температура заливки в зависимости от средней толщины стенки отливки.

Марка	Толщина	Температура
СЧ20	8-12	1310-1370

Выбивка отливки из формы

Выбивка отливок и стержней из формы является наиболее тяжелыми операциями из всего цикла изготовления отливок, по своим санитарно- гигиеническим условиям, т. к сопровождают большим пыле-, газо-, и тепловыделением и высоким уровнем шума. Наиболее распространенным видом выбивного оборудования, применяемого практически для выбивки форм любой массы, в цехах с различным характером производства является электромеханический и вибрационные решетки, эксцентрированые решетки инерционного и уданого типов.

Для очистки от приставшей формовочной смеси и окалины в литейных цехах применяют различные виды оборудования. Широкое применение для очистки отливок нашли галтовочные барабаны. Их используют для поверхностной очистки отливок, выбивки стержней, отбивки литников, удаления заусенцев, и заливов. Очистка происходит в результате трения и соударения отливок между собой и с наполнителем, а также со стенками барабана при его вращении. Кроме галтовачных барабанов применяют дробеметные и дробеструйные камеры. Очистка отливок в таких камерах осуществляется струей чугунной дроби диаметром 0,8-2,5 мм, выдуваемой сжатым воздухом со скоростью до 20-80 м/с.

Обрубка (резка) отливок тоже производится разными способами. Наиболее широкое применение для обрубки чугунных отливок нашла воздушно - дуговая резка, основное преимущество которой простота процесса и возможность обработки металлов, не поддающихся резке ацетилено - кислородным пламенем. Обрубку производят также пневматическими рубильными молотками. Зачистку отливок производят шлифовальными кругами, металлическими с наложением электрического тока.

После зачистки и промывки отливок, они поступают на стол ОТК, где проверяют соответствие геометрических размеров и массу отливок, а также осматривают внешний вид.

Если есть необходимость провести термическую обработку, то отливки складывают в отельную тару.

Для чугунных отливок характеры два вида ТО :1) отжиг (низкотемпературной и высокотемпературной); 2) нормализация.

Низкотемпературный отжиг применяют для снятия внутренних напряжений, повышения вязкости, снижения деформации, стабилизации размеров детали. Отливки нагреваю до 500-700 ⁰С выдерживают в печи от 3 до 10 часов, а затем охлаждают вмести с печью. Структура при низкотемпературной отжиге не изменяется.

Высокотемпературный отжиг проводят для снижения твердости, улучшения обрабатываемости, повышения пластичности. Отливку нагревают до 750-850 ⁰С и охлаждают медленно вмести с печью до 300 ⁰С В результате таких режимов цементит распадается на перлитную структуру.

Для повышения механических свойств и износостойкости, чугунные отливки подгревают нормализации. Отливки нагревают до 850- 900 ⁰С и медлено охлаждают, в результате часть графита растворяется в аустените, что способствует формированию перлитной структуры.

После выполнения всех основных технологических операций по обработке отливок и проверки ОТК отливки окрашивают. Окрашивание отливок предотвращает образование коррозии металла. Окраску осуществляют методом окунания или при помощи пульверизаторов. Окрашенные отливки сушат при 60 ⁰С и отправляют на склад готовой продукции или механический цех.

Возможный брак отливок и меры его предупреждения и исправление

На необрабатываемых и обработанных поверхностях отливок, подвергаемых эмалированию, не допускаются раковины диаметром более 3 мм и глубиной более 15 % толщины стенки в количестве более двух на поверхности. Края раковины должны иметь плавные переходы.

Минимальная толщина стенки отливок после механической обработки должна быть не меньше расчетной толщины, но не менее 7 мм. Дефекты, размеры и количество которых превышают указанные, а также ухудшающие внешний вид продукции, подлежат исправлению холодной сваркой по инструкции изготовителя с предварительной разделкой дефектов до здорового металла. Количество допустимых сварок одного и того же места не более трех. Возможность дальнейшего исправления отливок решает изготовитель.