Разработка технологического процесса изготовления литейных форм и отливок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ

Кафедра «Технология машиностроения и материаловедение»

Методические указания

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И ОТЛИВОК

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

литейная форма отливка припуск

1. Самостоятельное изучение студентами раздела курса МиОМ "Основы литейного производства".

2. Приобретение практических навыков в разработке технологического обеспечения способа литья в разовую песчаную форму.

2. РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ

1. Для конкретной детали разработать методы и средства технологического обеспечения способа литья в разовую песчаную форму.

2.Привить студентам навыки самостоятельной работы с нормативно-справочной литературой.

3.СРЕДСТВА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1.Методические указания.

2. Исходные данные в виде чертежа детали с указанием требований к ее точности и технологичности.

3. Нормативно-справочные данные.

4. Бланк отчета.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1 Анализ конструкции детали и выбор положения отливки в литейной форме

Анализируя конструкцию детали, нужно четко представить ее пространственную конфигурацию, геометрическую форму, наличие плавных переходов и радиусов закруглений между различными сечениями, конструктивные уклоны на поверхностях, отверстия, внутренние полости и т.д.

При анализе конструкции детали выбирают положение отливки в форме с учетом того, что металл в нижней части отливки получается более плотным, чем в верхней. Вверху при заливке металлом скапливаются шлак и газы. Поэтому наиболее ответственные поверхности отливок, которые в дальнейшем подвергаются механической обработке, следует располагать в нижней части формы или вертикально. Дефекты, имеющиеся в нижней части отливки, обычно удаляются при механической обработке.

Необходимо обеспечить кратчайший путь прохождения металла от литниковой чаши к отливке.

В зависимости от сложности конфигурации детали выбирается количество разъемов формы и. соответственно, модели. Отливки простой конфигурации можно получить по неразъемной модели.

При выборе разъема формы и модели необходимо:

- число разъемов делать наименьшим, а поверхности разъемов плоскими для обеспечения удобства сборки формы;

- обеспечить беспрепятственное удаление модели из формы:

- обрабатываемые поверхности располагать в одной (желательно нижней) полуформе для получения плотной и однородной поверхности:

- более высокую часть модели располагать в нижней полуформе. стержни при сборке устанавливать в нижнюю полуформу. Разъем модели условно обозначают буквами РМ. а разъем литейной формы обозначают РФ. Верх и низ модели в форме обозначают буквами В и Н. Если разъем модели и формы совпадают, то применяют обозначение МФ.

4.2 Разработка средств технологического обеспечения способа литья

4.2.1 Конструирование модели

4.2.1.1 Разработка чертежа отливки

Конструирование модели начинается с разработки чертежа отливки. Для лучшего усвоения и наглядности материал излагается далее применительно к конкретной детали - фланцу. На чертеже детали (рис. 1). которая путем механической обработки будет получена из литой заготовки- наносят все технологические указания, которые в дальнейшем необходимы для изготовления модели. Все размеры детали увеличивают пропорционально величине усадки сплава, из которого будет изготовлена отливка (табл.1). На поверхности детали. подвергаемой механической обработке, на чертеже наносят знак механической обработки. На эти поверхности назначают притек 1 на механическую обработку (рис.2). На все размеры отливок, в том числе и на те размеры, которые относятся к поверхностям, не подвергающимся механической обработке, назначают допуски.

Величина припуска и допуска зависит от материала отливки, ее наибольшего габаритного размера, положения поверхности в форме при заливке (верх. низ. бок), класса точности отливки. Отливки I класса точности получают в условиях массового производства (машинная формовка по металлическим моделям). II класса точности - в условиях серийного производства (машинная формовка по моделям, изготовленным из алюминия). III класса точности - в условиях единичного производства (ручная формовка по деревянным моделям).

Рис. 1 Чертеж фланца

Материал детали - серый чугун СЧ 15. тип производства - массовое

Величину припусков (в мм на сторону) и допусков выбирают по ГОСТ 2009-55 для стальных отливок (табл.2), по ГОСТ 1855-55 для отливок из чугуна (табл.3) и по нормалям для отливок из цветных сплавов (табл.4).

Рис. 2 Эскиз отливки

Величину припуска показывают на эскизе отливки тонкой линией. Если обрабатываемая поверхность является поверхностью вращения, то к номинальному размеру, указанному на чертеже детали. прибавляют(отнимают для внутренних) двойной припуск.

На механическую обработку литых отверстий принимают табличные припуски верха или низа. независимо от расположения отверстия.

4.2.1.2 Уточнение требований к технологичности конструкции отливки

4.2.1.2.1 Выбор величины формовочных уклонов

Для облегчения извлечения модели из уплотненной смеси на всех ее вертикальных поверхностях по отношению к плоскости разъема наносят формовочные или литейные уклоны 2 (рис.2). Величина формовочных уклонов зависит от высоты боковых поверхностей и материала детали (табл.5).

4.2.1.2.2 Выбор величины галтелей

В местах сопряжений поверхностей моделей вводят радиусы скруглений (галтели) 3 (рис.2). Галтели предупреждают осыпание формовочной смеси в углах формы при извлечении модели, способствуют уменьшению внутренних напряжений при кристаллизации отливки.

Размеры галтелей выбирают по соотношению:

R = ((a+b)/2)*((1/3)/(1/5))

где R - радиус галтели, мм;

(а + b)/2 - полусумма толщины сопрягаемых стенок отливки;

Если (а + b)/2 < 50 мм, принимают коэффициент 1/3.

Если (а+b)/2 >50 мм, принимают коэффициент 1/5.

Размеры галтелей округляют до следующих стандартных значений: 1, 2, 3, 5, 8, 10, 15, 20,15, 30, 40 мм.

4.2.1.3 Конструирование стержней и стержневых ящиков

Внутренние поверхности в отливках, в том числе отверстия, получают с помощью стержней 4 (рис.2). Следует иметь в виду, что при литье в песчаные формы отверстия диаметром менее 20 мм в массовом производстве, диаметром менее 30 мм в серийном производстве и диаметром менее 50 мм в единичном производстве с помощью стержней не выполняют, а сверлят при дальнейшей механической обработке отливок. Исходя из сказанного, размеры отливки должны быть скорректированы с учетом напусков 5 (рис.2), упрощающих конфигурацию заготовки.

У стержней имеется знаковая часть, которая служит для установки и точной фиксации стержня в полости литейной формы при ее заливке. Знаковые части стержня 6 (рис.2) показывают на чертеже отливки выступающими за контуры отливки сплошной тонкой линией. Стержень со знаковыми частями штрихуют по всему контуру.

Если при установке стержня его ось параллельна плоскости разъема формы, то стержень называют горизонтальным, его знаки выполняют цилиндрическими, их размеры определяются по ГОСТ 3606-57 (табл.6).

Если ось стержня при его установке в форму перпендикулярна к плоскости разъема, то такой стержень называют вертикальным, и его знаковые части для удобства сборки формы выполняют коническими.

Для надежного крепления стержня в форме высоту нижнего знака выполняют больше высоты верхнего знака и выбирают по ГОСТ 3606-57 (табл. 7.8)

Уклоны знаков вертикальных стержней выбирают по ГОСТ 3606-57 (табл.9). По эскизу отливки зарисовывают конфигурацию стержня вместе со знаковыми частями и указывают его размеры (рис.3). По эскизу стержня оформляют контур стержневого ящика. Размеры ящика назначают конструктивно, чтобы толщина стенок была примерно равной половине диаметра стержня. Стержневые ящики изготовляют из древесины или металла.



Рис. 3 Эскиз стержня и стержневого ящика

4.2.1.4 Разработка чертежа модели

После разработки чертежа отливки приступают к изготовлению модели (рис.4). Размеры модели и ее очертания соответствуют размерам и очертанию отливки. Если модель разъемная, то для наглядности обе половины показывают раздвинутыми, чтобы можно было представить их фиксацию при сборке. Поверхности деревянных моделей окрашивают для предохранения от влаги и уменьшения шероховатости. Цвет окраски моделей и отдельных ее частей регламентирует ГОСТ 2413-67. Знаковые части моделей всегда имеют черный цвет. корпус моделей может быть красным, зеленым, серым и желтым в зависимости от применяемого сплава.

4.2.2 Расчет элементов литниковой системы

Литниковая система служит для заполнения литейной формы металлом. Для различных сплавов и видов форм применяют разные по конструкции литниковые системы, но независимо от конструкций литниковая система должна обеспечивать:

- питание отливки в процессе кристаллизации жидким металлом и предотвращение усадочных раковин:

- равномерное заполнение металлом формы без размывания и подсоса воздуха:

- задержание шлаковых, неметаллических и засорных включений и предотвращение попадания их в полость формы с металлом:

- кратчайший путь металлу в полость формы, чтобы он не терял температуру;

- минимальное количество точек подвода металла к отливке с целью сокращения объема работ при зачистке отливок и пр. Наиболее важным элементом литниковой системы являются питатели, через которые металл непосредственно попадает в полость формы.

Рис. 4 Эскиз модели

Суммарную площадь сечения питателей Fп (см2) определяют по формуле:

Fп = Q/(Ky*t)

где Q - масса отливки, кг:

Ky - удельная скорость заливки, кг/см2*с:

t - продолжительность заливки, с.

Массу отливки студент рассчитывает для конкретной детали, а величины Ky и t определяют в таблицах 10 и 11.

Площадь сечения шлакоуловителя Kш и стояка Kст определяют из соотношений:

для чугунного литья Kп : Kш: Kст = 1 : 1,1 : 1,15:

для стального литья Kп : Kш: Kст =1 : 1,2 : 1,4;

для цветного литья Kп : Kш : Kст = 3 : 2 : 1.

4.2.3 Разработка эскиза формы в сборе

Форму в сборе показывают в двух опоках в ее сечении вертикальной плоскостью. На эскизе изображают конфигурацию отливки - ее внешние очертания, стержень со знаками, установленными в полости знаковых частей полуформ, элементы литниковой системы (рис.5).

Стержень в разрезе штрихуют по контуру. Формовочную смесь показывают тонкими линиями с точками между ними. Опоки фиксируют между собой штырями, чтобы не было их взаимного смещения при заливке расплавом.

Рис. 5 Эскиз формы в сборе

4.3 Разработка технологического маршрута изготовления отливки

В зависимости от принятого способа формовки (ручная, машинная) указывается перечень операций технологического процесса. отображающий последовательность изготовления форм и отливки. Так, например, для ручной формовки в парных опоках по разъемной модели процесс получения литейной формы и отливки можно представить последовательностью следующих операций:

1. Установить на подмодельную плиту (поддон) нижнюю опоку приливом вниз.

2. Установить в опоку на поддон половину модели плоскостью разъема вниз.

3.Просеять смесь и нанести на модель облицовочный слой толщиной 15-30 мм (инструмент: сито. совок).

4.Наполнить опоку формовочной смесью и уплотнить (инструмент: совок, ручная трамбовка).

5.Удалить излишки смеси (инструмент: линейка).

6.Проколоть вентиляционные каналы (инструмент: игла).

Примечание: расстояние между каналами 30-40 мм. Каналы не должны доходить до модели на расстояние 10-15 мм.

7.Перевернуть опоку на 180° и установить на поддон.

8. Установить вторую половину модели на первую и вырезать канавки для установки модели питателей. Установить модель питателей (инструмент: ланцет).

9.Нанести разделительный слой из сухого кварцевого песка толщиной 0,1-0,2 мм.

Примечание: разделительный слой предупреждает прилипание формовочной смеси нижней и верхних опок.

10. Установить верхнюю опоку на нижнюю штырями в отверстия приливов и на модель питателей установить модель шлакоуловителя.

11. Просеять смесь и нанести на модели облицовочный слой толщиной 15-30 мм (инструмент: сито, совок).

12. Установить модели стояка и выпора, соответственно- на модели шлакоуловителя и отливки и наполнить опоку формовочной смесью. Смесь уплотнить (инструмент: совок, ручная трамбовка).

13. Удалить излишки смеси и проколоть вентиляционные каналы (инструмент: линейка, игла),

14.Оформить очертания литниковой чаши, удалив часть смеси вокруг модели стояка (инструмент: ланцет, гладилка).

15.Снять верхнюю опоку с нижней. Извлечь из полуформ модели отдивки и литниковой системы.

Примечание: перед извлечением модели отливки слой смеси, прилегающий к модели, смачивают с помощью кисточки. В модели ввертывают или вставляют съемники, осторожно расталкивая форму, извлекают модель.

16. Исправить повреждения формы, удалить осыпавшуюся смесь, прочистить каналы литниковой системы (инструмент: гладилка, крючки).

17. Установить стержень в стержневые знаки формы (если имеются отверстия или полость).

18. Собрать форму и транспортировать на участок заливки.

19. Залить литейную форму расплавленным металлом.

20. После затвердевания выбить отливку из формы.

21. Охладить отливку.

22. Выбить стержень.

23. Очистить отливку от пригоревшей формовочной смеси, литников. заливов и других неровностей.

24. Провести контроль качества отливки.

При формовке литейных форм другими способами содержание части пунктов технологического процесса меняется, что должно быть отражено в отчете.

Технологический процесс изготовления литейной формы и отливки в отчете представляется в виде маршрутной карты.

5. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Выбор детали определяется вариантом задания. Номер варианта студент получает у преподавателя. Эскиз детали с указанием требований к точности и технологичности студент берет со стенда в лаборатории (ауд. Б-102), где представлено 20 вариантов заданий. Каждый студент в группе выполняет работу и оформляет отчет индивидуально.

6. СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

6.1 Основные понятия

Литейная форма - система каналов, образующих рабочую полость, в которую заливают расплавленный металл.

Модель - приспособление, с помощью которого в форме получают отпечаток, соответствующий внешней конфигурации отливки.

Стержень - элемент для получения внутренних полостей или отверстий в отливках.

Стержневой ящик - приспособление, в котором изготовляют стержень.

Стержневые знаки -выступы на модели, образующие в форме углубления для установки стержня в форму и сохранения им устойчивого положения при заливке металла.

Литниковая система - система каналов для подвода металла в полость формы для обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании.

Литниковая чаша - канал для приема расплавленного металла и подачи его в форму.

Стояк - вертикальный или наклонный канал для подачи металлов непосредственно в рабочую полость формы или к другим элементам системы.

Шлакоуловитель - канал для задержания шлака и других неметаллических включений, присутствующих в расплаве.

Питатель - канал для непосредственного подвода металла в полость литейной формы -

Выпор - канал для вывода газов, контроля заполнения формы металлом и питания отливки при ее затвердевании.

Вентиляционные каналы - каналы для вывода газов, образующихся при заливке металла.

Опоки - жесткие металлические рамки для набивки, уплотнения и удержания формовочной смеси.

Подмодельная доска - приспособление (поддон) для изготовления литейных форм при ручной формовке в условиях единичного производства.

Модельная плита - плита, применяемая для изготовления литейных форм на формовочных машинах в условиях серийного и массового производства.

Припуск на механическую обработку резанием - слой металла, который необходимо удалить с отливки для получения детали в окончательно обработанном виде.

Допуск - величина допускаемого отклонения от номинального размера отливки, проставленного на чертеже.

6.2 Справочные таблицы

Таблица 1 Примерные значения усадки сплавов

Металл	Линейная усадка, % %
Серый чугун	1.0
Сталь малоуглеродистая	2.0
Сталь легированная	2.5
Алюминиевые сплавы	1.25 , . ;,. „
Медные сплавы	1.5 **,;;' ' ."

Таблица 2 Припуски и допуски (±) на механическую обработку отливок 1, 2, 3 классов точности из стали, мм

Наи больш. габаритный размер детали, мм

Положение пов-ти при заливке

Номинальный размер, мм

до 50

51 - 120

121-260

260 -500

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

до 120

Верхниз, бок

3,5±0,2 3,0±0,2

4,0±0,54,0±0,5

5,0±1,0 4,0±1,0

3,5±0,3 3,0±0,3

4,0±0,84,0±0,8

5,0±1,5 4,0±1,5

--

--

--

--

--

--

121-260

Верхниз, бок

4,0±0,3 3,0±0,3

5,0±(),5 4,0±0,5

5,0±1,0 4,0±1,0

4,0±0,4 3,0±0,4

5,0+0,8 4,0±0,8

5,0±1,5 4,0±1,5

5,0±0,6 3,5±0,6

6,0±1,0 4,0±1,0

6,0±2,0 5,0±2,0

--

--

--

261-500

Верхниз, бок

5,0±0,4 3,0±0,4

6,0±0,8 5,0±0,8

6,0±1,0 5,0±1,0

5,0±0,6 3,0±0,6

6,0±1,0 5,0±1,0

6,0±1,5 5,0±1,5

5,0±0,8 4,0±0,8

7,0±1,2 5,0±1,2

8,0±2,0 6,0±2,0

6,0±1,0 4,0±1,0

7,0±1,5 6,0±1,5

9,0±2,0 6,0±2,0

501-800

Верхниз, бок

5,0±0,6 4,0±0,6

7,0±1,0 5,0±1,0

7,0±1,2 5,0±1,2

5,0±0,8 4,0±0,8

7,0±1,2 5,0±1,2

7,0±1,8 5,0±1,8

6,0±1,0 4,5±1,0

8,0±1,5 6,0±1,5

8,0±2,2 6,0±2,2

7,0±1,2 5,0±1,2

9,0±2,0 6,0±2,0

10±3,0 7,0±3,0

Таблица 3 Припуски и допуски (±) на механическую обработку отливок 1, 2, 3 классов точности из серого чугуна, мм

Наибольший габаритный размер детали, мм

Положение пов-ти при заливке

Номинальный размер, мм

до 50

51-120

121-260

260 - 500

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

До 120

верх низ,бок

2,5±0,2 2,0±0,2

3,5±0,5 2,5±0,5

4,5±1,0 3,5±1,0

2,5±0,3 2,0±0,3

4,0±0,8 3,0±0,8

4,5±1,5 3,5±1,5

- -

- -

- -

- -

- -

- -

121-260

верх низ,бок

2,5±0,3 2,0±0,3

4,0±0,5 3,0±0,5

5,0±1,0 4,0±1,0

3,0±0,4 2,5±0,4

4,5±0,8 3,5±0,8

5,0±1,5 4,0±1,5

3,0±0,6 2,5±0,6

5,0±1,0 4,0±1,0

5,5±2,0 4,5±2,0

- -

- -

- -

261-500

верх низ,бок

3,5±0,4 2,5±0,4

4,5±0,8 3,5±0,8

6,0±1,0 4,5±1,0

3,5±0,6 3,0±0,6

5,0±1,0 4,0±1,0

6,0±1,5 4,5±1,5

4,0±0,8 3,5±0,8

6,0±1,2 4,5±1,2

7,0±2,0 5,0±2,0

4,5±1,0 3,5±1,0

6,5±1,5 5,0±1,5

7,0±2,5 6,0±2,5

501-800

верх низ,бок

4,5±0,6 3,5±0,6

5,0±1,0 4,0±1,0

7,0±1,2 5,0±1,2

4,5±0,8 3,5±0,8

6,0±1,2 4,5±1,2

7,0±1,8 5,0±1,8

5,0±1,0 4,0±1,0

6,5±1,5 4,5±1,5

7,0±2,2 5,0±2,2

5,5±1,2 4,5±1,2

7,0±2,0 5,0±2,0

8,0±3,0 6,0±3,0

Таблица 4 Припуски и допуски на механическую обработку отливок из цветных сплавов, мм

Наибольший гарантийный размер детали, мм	Тип производства
	Массовое	Серийное	Единичное
До 100	1.5±0.8	2.0±1.0	2.0+1.4
101 -200	1.5±1.0	2,0±1.2	3.0+1.5
201 -300	2.0±1,2	2.0±1.4	4.0±1.7
301 - 500	3.0±1,4	3.0±1.7 .	5.0±2.0
501 -800	3,0±1.7	4.0+2,0	6.0±2.8

Примечание: величина припусков и допусков не зависит от положения поверхности при заливке

Таблица 5 Величина формовочных уклонов на модели

Высота боковой поверхности, мм	Формовочные уклоны
	Металлические модели	Деревянные модели
до 10	3°	3°
11 - 20	2°	3°
21-50	1°	1°30'
51-100	0°45'	1°
101-200	0° 30'	0°45'

Таблица 6 Длина горизонтальных стержневых знаков, мм

Диаметр стержня, мм	Длина стержня, мм
	до 50	50 - 150	151-300 .
до 25	15	25	40
26 - 50	20	35	45
51 - 100	25	35	50
101 -200	30	40 .	50

Таблица 7 Высота нижних вертикальных стержневых знаков, мм

Диаметр стержня, мм	Длина стержня, мм
	до 50	50- 150	151-300
до 25	20	25	-
26 - 50	20	40	60
51 - 100	25	30	50
101 -200	30	30	40

Таблица 8 Высота верхних вертикальных стержневых знаков, мм

Высота нижнего знака	20	25	30	35	40	50	60
Высота верхнего знака	15	15	20	20	25	30	35

Таблица 9 Уклоны знаков вертикальных стержней

Высота знака, мм	Уклон знака
	Нижний	Верхний
до 20	10°	15°
21-50	7°	10°
51 - 100	6°	8°
101 200	5°	6°

Таблица 10 Удельная скорость заливки разных сплавов. кг/(см2*с)

Материал отливки	Кy
Чугун	1,0 - 2,5
Сталь	0,8 - 1,5
Бронза	1,0 - 2,0
Латунь	0,75 - 1,5
Алюминиевые сплавы	1,5 - 3,0

Таблица 11 Продолжительность заливки отливок t, c

Масса отливки, кг	Материал отливки
	Чугун	Сталь	Цветные сплавы
5	3-5	5-8	4-6
10	4-6	7-10	6-8
25	7- 10	8-12	8-10
50	8- 12	10- 15	10- 12
100	10 - 15	12-20	12- 15
200	15-25	25 - 35	15-25
400	25 - 40	40 - 50	25-40

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое литейная форма?

2. Что такое литниковая система?

3. Для чего служат модели, стержневые ящики, модельные плиты?

4. Какие существуют формовочные смеси. В чем их отличие?

5. Для чего служат стержни и стержневые ящики?

6. Для чего служат стержневые знаки?

7. С какой целью назначаются уклоны?

8. Что такое усадка металла и как она учитывается при изготовлении отливок?

9. Как назначаются припуски на механическую обработку?

10. Почему верхняя часть отливки должна иметь больший припуск?

11. Как отличить по внешнему виду вертикальный стержень от горизонтального?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Технология конструкционных материалов. /Под ред. А.М.Дальского. - М.: Машиностроение. 1992.-448 с.

2.Справочник технолога-машиностроителя. /Под ред. А.Г. Косиловой. Т. 1, М.: Машиностроение. 1985.-656 с.

3.А.М.Липницкий. Справочная книга рабочего - литейщика. -Л.:Лениздат. 1980.-240 с.

Размещено на Allbest.ru