Разработка технологии изготовления отливки "колесо"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования и Науки Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет имени Г.И. Носова»

Кафедра электрометаллургии и литейного производства

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: «Технология литейного производства»

на тему: Разработка технологии изготовления отливки «колесо»

Выполнил:

студент группы МЛ-09 _________Хохлов Ю.А.

Магнитогорск

2012

ЗАДАНИЕ

Разработать технологию изготовления отливки “колесо” (рисунок 1). Серийность - 10000 шт. в год, материал чугун марки СЧ25, масса отливки- 5,11 кг.

Рисунок 1 - Отливка «колесо»

Реферат

Ключевые слова: технология, отливка, серийность, металлоемкость, питатель, стояк, шлакоуловитель, класс точности и т.д.

Целью курсового проекта является разработка технологии изготовления отливки «колеса». Проектирование технологического процесса изготовления отливки включает разработку необходимой технологической документации: чертежей, расчётов. Определяем эксплуатационное назначение отливки. Выбираем каким методом будет изготавливаться деталь, учитывая особенности литейной технологии, определяем плоскость разъема модели и формы, рассчитываем припуски на механическую обработку. Выбираем опоки, модельные плиты, тип литниковой системы и производим ее расчет.

Курсовой проект состоит из 23 страниц, 7 рисунков и 4 таблиц. Список используемых источников состоит из 5 наименований.

Содержание

Введение

1. Общий анализ технологичности конструкции

1.1 Анализ материала отливки

1.2 Анализ отливки

2. Выбор способа изготовления отливки

3. Выбор положения отливки в форме и плоскости разъёма

4. Определение припусков на механическую обработку и усадку

5. Определение необходимого количества стержней, выбор формы знаков и их размеров

6. Разработка конструкции и расчёт литниковой системы

7. Выбор оптимальной формы и размеров кома

8. Экономическое обоснование способа формовки

9. Выбор состава формовочных смесей и других вспомогательных материалов

10. Разработка технологии сборки и заливки форм, выбивки, обрубки и очистки отливок

Список использованных источников

Введение

Любая машина или изделие состоит из деталей изготовленных определённым способом (литьём, ковкой, штамповкой, сваркой и.т.п.). Среди способов изготовления деталей литье занимает ведущее место, несколько уступая в последние годы сварке.

Литейное производство - это совокупность производственных процессов, результатом которых является получение фасонных отливок заливкой жидкого металла в формы. Роль литейного производства в современном машиностроении очень велика. Так 50 % деталей к механизмам и машинам и 80 % к станкам изготавливаются методом литья. Литьем можно получать детали любой формы весом от 10 грамм до 250 тонн, толщиной стенок от 2 до 500 мм и длиной от 10 до 30 мм. Чугунные отливки составляют около 75 % от общего количества отливок из всех других сплавов. Такое широкое распространение чугунные отливки получили благодаря простоте и дешевизне изготовления. Получение в широких производственных масштабах высокопрочного магниевого чугуна, являющегося во многих случаях полноценным заменителем конструкционных сталей и цветных сплавов, увеличивает возможность дальнейшего расширения области применения чугунных отливок.

Непрерывно повышающиеся требования в отношении прочности и облегчения массы отливок вызывают необходимость тщательного изучения основных технологических процессов литейного производства. От состояния литейного производства во многом зависит ритмичная работа машиностроительных заводов, качество и себестоимость выпускаемых машин. Это требует постоянного развития и совершенствования литейного производства, движения его по пути технического прогресса, так как только при этом условии оно в состоянии будет полностью удовлетворять нужды машиностроения в высококачественных и дешёвых отливках.

Литьё является одним из самых древних видов искусства обработки металлов, с которым познакомилось человечество. Особенно быстро литейное дело начало развиваться после объединения Руси Иван III. В созданном им Московском государстве отливали большое количество пушек сначала из бронзы, затем из чугуна. В связи с расширением производства литья улучшалась и его техника. Литейщик того времени был универсалом, и формовщиком, и обрубщиком, в совершенстве владеющим своим искусством. С повышением классификации русских литейщиков отливки постепенно усложнялись, делались крупнее по габаритам, и вскоре мастера достигли столь высокого искусства, что перестали нуждаться в помощи иностранных специалистов при выполнении самых сложных отливок. Отливки изготавливают из различных металлов и сплавов. И весьма разнообразными способами, имеющими различную эффективность и применимость для получения той или иной отливки.

Весьма разнообразны методы отливки и по сложности, что также откладывает свой отпечаток на изготовление детали и её конструкцию. Простейшие отливки могут быть изготовлены без стержней, а очень сложные, по существу изготавливаются в стержнях (до 40 на одну отливку). Эксплутационное назначение отливки значительно влияет на её конструкцию и метод изготовления. Детали для машины разрабатываются в конструкторском бюро, где не задумываются над тем каким способом будет изготавливаться деталь, какие требования к этой детали при изготовлении будет предъявлять инженер-технолог.

Поэтому, на практике 80 % деталей, поступающих от конструкторов, подвергается доработке инженеров - технологов с целью повышения их технологичности.

Повышенные требования и сложные задачи, стоящие перед работниками литейных цехов, выдвигают необходимость всемирного расширения обмена опытом между предприятиями, обобщения передового опыта лучших заводов и новаторов производства. Для успешного развития техники инженерно-технические работники, мастера и рабочие должны не только обладать практическими знаниями и навыками в своей области, но и усвоить теоретические основы производства, быть постоянно в курсе новейших достижений передовой советской и зарубежной науки.

отливка модель сборка литниковый

1. Общий анализ технологичности конструкций

1.1 Анализ материала отливки

Материал отливки - серый чугун с пластинчатым графитом. Он является наилучшим литейным сплавом. Благодаря высоким литейным свойствам из него можно получать отливки различных размеров, массы и конфигурации без прибылей или с малыми прибылями с наибольшим выходом годного литья. Технология изготовления отливок из серого чугуна отличается простотой, высокими технико-экономическими показателями, не требует дефицитных материалов и больших энергозатрат.

1.2 Анализ отливки

Отливка «колесо» имеет четыре отверстия диаметром 20 мм, а также одно отверстие диаметром 60 мм. Отметим, что отливка имеет форму тела вращения, поэтому выгодно располагать ее вертикально, чтобы обеспечить требуемое качество отливки.

2. Выбор способа изготовления отливки

При выборе способа изготовления отливки, первое, что необходимо определить, можно ли произвести отливку методом литья. Отметим, что такую деталь проще всего производить именно при помощи литья, так как это значительно снижает затраты на производство отливки, а также способствует получению заданного качества изделия.

Далее необходимо определить способ литья, которым будет изготавливаться данная отливка. Так как, металлоемкость отливки незначительна, то получить отливку можно практически любым способом. Однако значительное влияние на выбор способа литья оказывает серийность производства. В данном случае производство является серийным. В таком производстве чаще всего используются традиционные и некоторые специальные виды литья. Например, можно использовать как литье в песчано-глинистые формы, так и литье в кокиль или центробежное литье. Чтобы окончательно выбрать способ изготовления изделия, составим таблицу 1, в которой проанализируем виды литья, которыми можно произвести отливку.

Таблица 1 - Анализ различных способов литья

Показатель	1	2	3	4	5
1. Ограниченность размеров	5	5	5	3	3
2. Ограниченность массы	5	5	5	5	4
3. Сложность отливки	5	5	5	3	3
4. Тонкостенность отливки	2	3	4	3	3
5.Шероховатость поверхности	2	3	5	3	3
6. Наименьшая экономическая рентабельность партии отливок	5	5	5	1	1
7. Возрастание экономичности с увеличением партии отливок	2	5	5	3	3
8. Стоимость оснастки	5	5	5	3	3
9. Простота выбивки	2	3	4	3	2
10. Размерная точность	2	2	4	3	4
Общий балл	35	41	47	30	29

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 песчано-глинистую форму, безопочная формовка; 4 - литье в кокиль; 5 - центробежное литье.

Проанализировав таблицу 1, делаем вывод, что наилучшим способом производства отливки является литье в песчано-глинистые формы, безопочной формовки. Также отметим, что будет использоваться машинная формовка, так как она значительно помогает снизить трудоемкость процесса изготовления, а также повышает экономичность. Кроме того, значительно повышается производительность.

3. Выбор положения отливки в форме

При выборе положения отливке в форме, инженер-технолог должен руководствоваться множеством правил, для того чтобы выбрать наиболее рациональный вариант расположения отливки в форме. В источниках [1] и [2] приведены многие из этих правил. Далее приведены некоторые из этих правил, которые являются наиболее важными при выборе плоскости разъема данной отливки:

- основные обрабатываемые поверхности отливки располагают в нижней полуформе и при заливке должны быть обращены книзу, вертикально или наклонно;

- отливки, имеющие форму тел вращения лучше заливать вертикально;

- выбранное положение отливки в форме должно обеспечивать свободную установку стержней, надежное и простое их крепление;

На рисунке 2 представлены возможные варианты положения отливки в форме. В таблице 2 приведены достоинства и недостатки каждого из вариантов положения отливки в форме.

Рисунок 2 - Положение отливки в форме

Таблица 2 - Выбор положения отливки в форме

Положение отливки в форме	Достоинства	Недостатки
А	- отливка имеют форму тела вращения, поэтому располагаем ее вертикально; - обрабатываемые части отливки находятся в правой полуформе; - простое оформление литниковой системы;	- необходимо использовать оболочковые стержни;
Б	- отливка имеют форму тела вращения, поэтому располагаем ее вертикально; - обрабатываемые части отливки находятся в правой полуформе; - простое оформление литниковой системы.	- необходимо использовать оболочковые стержни;
В	- отливка имеют форму тела вращения, поэтому располагаем ее вертикально; - симметричное расположения отливки;	- необходимо использовать оболочковые стержни; - отливка располагается в двух опоках; - сложность подвода металла.
Г	- симметричное расположения отливки; - не нужно использовать оболочковые стержни; - простота подвода металла.	- отливка имеет форму тела вращения, поэтому нужно располагать ее горизонтально; - отливка располагается в двух опоках

Исходя из анализа достоинств и недостатков каждого варианта расположения отливки, делаем вывод, что наиболее предпочтительным и рациональным вариантом разъема модели и формы является вариант А. Это обуславливается тем, что при таком расположении удовлетворяются как минимум два наиболее важных правила: во-первых, отливка, имеющая форму тела вращения, располагается вертикально, и во-вторых, обрабатываемые поверхности отливки располагаются полностью в одной полуформе.

4. Определение припусков на механическую обработку и усадку

Припуски на механическую обработку назначают по ГОСТ 26645-85. Этот ГОСТ распространяется на отливки из черных и цветных металлов и сплавов и регламентирует допуски на размеры, массу и припуски на механическую обработку. Основные припуски на механическую обработку в зависимости от допусков на размеры отливок следует устанавливать дифференцированно для каждого элемента отливки.

Припуски на литейную усадку обычно определяют в зависимости от вида сплава, массы и размеров отливки. Для данного сплава выберем значение линейной усадки равное 1 %.

Из источника [1] выбираем .

Выбираем класс точности равный 7, а ряд на припуск возьмем равный 2. В таблице 3 приведены размеры отливки, модели и стержней.

Таблица 3 - Сводная таблица размеров отливки, модели, стержней и стержневых ящиков

Размеры детали по чертежу, мм	Припуск на механическую обработку, мм	Размер в отливке, мм	Припуск на усадку, мм	Размеры, мм
				Модели	Стержня и стержневого ящика
O60	-	O60	0.6	-	59.4
O 10	1.6	O10	0.1	-	8.5
25	1.6*2=3.2	28.2	0.25	28.45	-
O 20	-	O20	0,2	-	19.8
23	1.6*2=3.2	26.2	0,23	26.43	-

5. Определение необходимого количества стержней, выбор формы знаков и их размеров

Следует отметить, что при проектировании технологии любой отливки необходимо стремится к тому, чтобы количество стержней было минимальным. В отливке «колесо» имеются пять отверстий с диаметром 20 мм и диаметром 60 мм, которые мы будем получать при помощи горизонтального стержня.

Кроме того, в связи с выбранным вариантом расположения отливки в форме, отметим, что необходимо использовать также оболочковый стержень. На рисунке 3 представлена отливка со стержнями.

Рисунок 3 - Отливка «колесо» со стержнями

6. Разработка конструкции и расчет литниковой системы

Для заполнения отливки при изготовлении литейной формы выполняется литниковая система. Основными элементами литниковой системы являются литниковая чаша или воронка, стояк, шлакоуловитель, питатели, выпора. Также при необходимости в нее могут входить и некоторые другие элементы.

Требования к литниковой системе сводятся к обеспечению следующих условий:

- плавного заполнения полости формы без прерывания потока металла;

- получение отливки без недоливов, спаев и других дефектов;

- минимальных потерь металла на саму литниковую систему, так как они в значительной мере определяют технологический выход годного;

- получение здоровой отливки без усадочных дефектов, пористости, затрудненной усадки и трещин;

- отделение шлаковых частиц с тем, чтобы они не попали в форму при заполнении;

- удобства формовки и сборки формы, возможности легкого удаления литниковой системы из формы.

В практике литейного производства применяются различные виды литниковых систем. Выбор конструкции литниковых систем обусловлен, в основном, условиями получения здоровой отливки, ее конфигурацией, разнообразием толщин стенок и др.

Определяющим параметром заливки является время, за которое происходит заполнение формы.

Время заливки определяют из выражения[1]

,(1)

где - время заливки формы, с;

S - коэффициент, учитывающий сопротивление формы;

? - средняя толщина стенок отливки, мм;

G_ф - металлоемкость одной отливки с литниковой системой и прибылями, кг;

В данной формуле неизвестна металлоемкость отливки с литниковой системой и прибылями, следовательно, ее необходимо определить.

Найдем общую массу чугуна, заливаемого в форму, который находиться по формуле:

(2)

Вставим в формулу массу 12 отливок, расположенные в одной форме.

кг.

По формуле (1) рассчитаем время заливки. S принимаем равное 1,8, а средняя толщина стенки равна 24 мм

с.

Так как общее время заливки состоит из:

· Времени заполнения полости (23 с.) плюс

· Времени времени наполнения литниковой системы (3 с.)

Отсюда общее время заливки Т=23+3=26 с.

Необходимая скорость потока из литниковой чащи составит:

кг/с.

Следовательно, из таблицы 4 будет выбрана чаща №3, которая изображена на рисунке 4.



Рисунок 4 - Стандартные литниковые чаши

Таблица 4 - Данные для литниковых чаш различных размеров и скоростей потока

Входные данные:

· Масса отливки = 5,11 кг.

· Время заливки = 23 с.

· Коэффициент потерь = 0,5

· Уровень (высота) ферростатического давления (из эскиза модели)

Н₁= 200мм

Н₂= 460мм

Н₃=720мм

С помощью входных данных мы найдем площади поперечного сечения литников по номограмме (рисунок5): F₁=70 мм², F₂= 48 мм², F₃=38 мм².

Мы используем стандартную систему литниковых ходов (рисунок 6), сечение которых имеет форму трапеций.

Площадь (F₄) вертикального литникового хода должна быть достаточной для потока металла через подсоединенный к нему литник. Следовательно:

F₄>2*( F₁ +F₂ +F₃)

F₄>2*( 70 +48+38)

F₄>312 мм²

Рисунок 5- Номограмма литниковой системы, для получения площади поперечного сечения литников

Площадь (F₄) вертикального литникового хода должна быть достаточной для потока металла через подсоединенный к нему литник. Следовательно:

F₄>2*( F₁ +F₂ +F₃)

F₄>2*( 70 +48+38)

F₄>312 мм²

Для компенсаций потерь потока, связанная с изменением в направлений металла, площадь сечения вертикального литникового хода (F₄) должна быть на 10-20% больше суммы сечений соединённых с ним литников, в данном случае было выбрано увеличение на 10%:

F₄= 322 мм²

Расчетное значение для вертикального литникового хода F₄=322 мм² аппроксимируется в сторону увеличения до 363мм², которое представляет собой поперечное сечение литникового хода №7 из таблицы, приведённый на рисунке 6 ( а=11мм).

Размер горизонтального литникового хода обычно выбирается на один или два размера больше подсоединенного к нему вертикально литникового хода, и в данном случае это будет литниковый ход №8 из таблицы, приведенный на рисунке 6 (а=12мм).

Рисунок 6- Стандартный литниковый ход трапециидальной формы

7. Выбор оптимальной формы и размеров кома

Габариты кома, их форму определяют по ГОСТ 2133-75. По источникам [1] и [2] выбираем оптимальные размеры опок:

высота - 890мм;

Ширина левого кома- 140мм;

Ширина правого кома - 140мм;

Длина - 1048мм.

8. Экономическое обоснование способа формовки

Для изготовления отливки «колесо» была выбрана безопочная формовка. Это объясняется тем, что серийность производства данной отливки 10000 штук в год, поэтому мы используем машинную безопочную формовку. Выбор безопочной формовки объясняется тем, что при такой формовке удается значительно снизить энергоемкость и трудоемкость процесса изготовления отливок.

Отливка будет изготавливаться по чугунной модели, так как благодаря использованию таких моделей повышается экономичность процесса производства отливки.

9. Выбор состава формовочных, стержневых смесей и других вспомогательных материалов

В таблицах 4 и 5 представлены составы формовочных и стержневых смесей, которые будут использоваться для производства отливки «колеса».

Таблица 4 - Смесь для изготовления форм

Наименование	Содержание, %	Газопроницаемость, ед.	Влажность, %	Прочность на сжатие 105 Па
Оборотная смесь	80-40	80-100	7-8	0,3-0,5
Песок	16,5-53	-	1-2	-
Глина	3-6	-	-	-

Таблица 5 - Смесь для изготовления стержней

Наименование	Содержание, %	Газопроницаемость, ед.	Влажность, %	Прочность на сжатие 105 Па
Оборотная смесь	5-10	70-100	7-8	1,0-1,5
Кварцевый песок	80-85	-	1-2	-
Жидкое стекло	4,5-5	-	-	-
Раствор едкого натра	1,0	-	-	-

10. Разработка технологии сборки и заливки форм, охлаждения, выбивки, обрубки и очистки отливок

Безопочная формовка, используется при изготовлении форм для мелких и средних отливок из чугуна и стали в серийном и массовом производстве. Изготовление литейных форм осуществляется на высокопроизводительных пескодувно-прессовых автоматических линиях (рисунок 7)

Рисунок 7 - Изготовление безопочных литейных форм

Формовочная камера заполняется смесью с помощью сжатого воздуха из головки 2. Уплотнение осуществляется при перемещении модельной плиты 1 плунжером 4. После уплотнения поворотная модельная плита 3 отходит влево и поворачивается в горизонтальное положение. Полуформа перемещается плунжером 4 до соприкосновения с предыдущим комом, образуя полость 5. Затем производят заливку металла из ковша 6. После затвердевания и охлаждения отливок, формы подаются на выбивную решетку, где отливки 7 освобождаются от формовочной смеси.

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. Металл заливаем при температуре 1170-1180° С.

Выбивка отливок из формы будет производиться на выбивной транспортирующей решетке.

Также необходимо обговорить, как будет производиться очистка отливок от стержней и пригара. Для очистки отливок чаще всего используются дробеметные, галтовочные барабаны, камеры и столы, вибрационные очистные машины.

Удаление элементов литниковой системы будет производиться в термообрубном отделении. После этого будет производиться термообработка.

Список использованных источников

1 Вдовин К.Н. Технология литейного производства: Учеб. пособие.- Магнитогорск: МГТУ, 2001.- 115 с.

2 Могилёв В.К., Лев О.И. Справочник литейщика - М.: Машиностроение, 1988.- 272 с.

3 Миляев А.Ф. Литейное производства: Учеб.пособие.- Магнитогорск: МГТУ, 2005.- 204 с.

4 Илларионов И.Е., Васин Ю.П. Формовочные материалы и смеси: Монография. - Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1992. Ч. 1.- 223 с.

5 Формовочная система дисаматик 2110.-Датский промышленный синдикат А/С, 1987.- 36 с.

Размещено на Allbest.ru