Технологический процесс получения литой заготовки в песчаной форме

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине: «Технология автоматизированного машиностроения и приборостроения»

На тему: Технологический процесс получения литой заготовки в песчаной форме

Содержание

1. Введение

2. Основная часть

2.1 Технологический процесс получения литой заготовки в песчаной форме

2.2 Технология токарной обработки

2.3 Расчет режима резания при сверлении

3. Заключение

Список использованной литературы

Приложения

1. Введение

литой заготовка песчаный токарный

Литейное производство - отрасль машиностроения, технологическими процессами которой получают литые заготовки для деталей машин путем приготовления расплавленного металла необходимого качества и заливке его в специальную литейную форму.

При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой.

В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.

Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 тон, длиной от нескольких сантиметров до 20 метров, со стенками толщиной 0,5-500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков и т.д.).

Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного способа производства определяется объемом производства, требованиям к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

Типы литейного производства

Всякое производство, в том числе и литейное, характеризуется трудоемкостью и номенклатурой выпускаемой продукции. Различают следующие типы литейного производства: единичное, серийное и массовое.

Единичное производство характеризуется выпуском в небольших количествах самого разнообразного литья. Производство отдельных отливок может периодически повторяться.

Серийное производство характеризуется периодичным выпуском литья ограниченной или широкой номенклатуры значительными или небольшими партиями.

Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском в больших количествах определенной номенклатуры литья. Примером массового производства может служить выпуск в огромных количествах однообразных отливок литейными цехами автомобильных и тракторных заводов.

Серийность производства оказывает большое влияние на выбор методов изготовления форм, на характер применяемого оборудования и работу литейного цеха. Если единичное производство характеризуется применением ручных методов труда, малой механизацией производственных процессов, незначительным количеством применяемой оснастки, то в массовом и в серийном рационально применять наиболее технически совершенное и высокопроизводительное оборудование, большое количество специальных приспособлений.

Основы общей технологии производства

Наиболее широкое применение в машиностроительном производстве имеют сплавы Fe c C,т.е. конструкционная и инструментальная стали, серый и ковкий чугун, а также цветные сплавы.

Металлы отличаются характерным металлическим блеском, ковкостью, высокой теплопроводностью и электропроводностью, непрозрачностью. При нормальной комнатной температуре все металлы (кроме ртути) являются твердыми веществами. Примерно 2/3 всех элементов представляют металлы. В технике химически чистые металлы не используются. Это объясняется двумя причинами: во-первых, трудностью получения их в промышленном производстве и во-вторых, отсутствием в них технически полезных свойств. Значительно большее распространение получили так называемые металлические материалы.

Металлические материалы можно разделить на 2 группы:

1. Технически чистые металлы

2. Сплавы

Технически чистые металлы - металлы, в состав которых, помимо химически чистого элемента, в небольших количествах входят другие элементы.

Важнейшим промышленным металлом является железо, которое в сплавах с углеродом и другими элементами относят к группе черных металлов: сталь, чугун и ферросплавы. Из общего количества выплавляемых во всем мире металлов около 94% приходится на черные. Все остальные металлы и сплавы относят к группе цветных металлов. Их принято на легкие (плотность до 3г/3см) и тяжелые. Различаю также благородные и редкие металлы.

Сплавы - сложные материалы, получаемые путем сплавления одного металла с другими металлами.

Сплавами можно придать самые разнообразные свойства. Поэтому в технике они находят большое применение, чем технически чистые металлы.

В состав металлических сплавов могут входить также неметаллические вещества, например углерод, сера, фосфор, бор. Вещества, входящие в состав сплава принято называть компонентами.

Помимо основных компонентов, в каждом сплаве всегда имеются в небольших количествах посторонние химические вещества - металлические или неметаллические. Эти вещества в большинстве случаев нежелательны и называются примесями.

Литье в песчаные формы в настоящее время является универсальным и самым распространенными способом изготовления отливок. Этим способом изготовляют разнообразные по сложности отливок любых масс и размеров из сталей, чугунов и сплавов цветных металлов.

Сущность литья в песчаные формы заключается в изготовлении отливок свободной заливкой расплавленного металла в разовую разъемную и толстостенную литейную форму, изготовленную из формовочной смеси по многократно используемым модельным комплектам (деревянным или металлическим), с последующим затвердеванием залитого металла, охлаждением отливки в форме, извлечением ее из формы, с последующей отделкой.

Отличительными особенностями способа являются малые теплопроводность, теплоемкость и плотность песчаной формы, что позволяет получать отливки с малой толщиной стенки (2,5..5мм); невысокая интенсивность охлаждения расплава в форме приводит к снижению скорости затвердевания отливки, укрупнению структуры и к появлению в массивных узлах усадочных раковин и пористости; сравнительно низкая огнеупорность материала способствует развитию на поверхности контакта форма-отливка физико-химических процессов, которые могут приводить к появлению пригара в поверхности слое отливки.

Для изготовления отливок используют сырые, сухие и подсушенные песчаные формы; химически твердеющие формы, изготовленные из специальных самотвердеющих смесей; формы, изготовленные по газифицируемым моделям; формы, изготовленные из песчано-смоляных смесей по металлически нагреваемой оснастке и др.

Технологический процесс изготовления отливок состоит из ряда основных и вспомогательных операций, выполняемых в определенной последовательности. Для изготовления литейных форм используют модельный комплект, формовочные и стержневые смеси и другие материалы и оборудования.

Общие свойства формовочных смесей

Для получения качественных форм, стержней и годных отливок формовочные и стержневые смеси должны обладать технологическими свойствами, отвечающими определенным требованиям.

Для хорошего уплотнения формовочной смеси в опоке большое значение имеет пластичность смеси - способность деформироваться под действием приложенных внешних усилий или собственной массы, что обеспечивает получение отпечатка модели или заполнение полости стержневого ящика. Пластичность формовочной и стержневой смеси зависит от свойств составляющих смеси и применяемых связующих. Например, смесь с масляным связующим обладает большой пластичностью; песчано-глинистые смеси имеют небольшую пластичность.

Литейная форма должна обладать достаточной прочностью , чтобы при сборке, транспортировке и заливке металлом она не разрушалась. Поэтому и формовочная смесь должна обладать определенной прочностью - способностью сопротивляться разрушению под действием нагрузки. Прочность формовочной смеси зависит от зернистости песка, влажности, плотности и от содержания глины или связующих в смеси. С увеличением плотности, уменьшением размера зерен песка, увеличением глиносодержания прочность смеси возрастает.

Сыпучесть смеси влияет на зависание ее в бункерах, на заполнение и равномерность распределения смеси при засыпке в опоку, качество и длительность перемешивания смеси в смесителях. С сыпучестью связана комкуемость - способность смеси образовывать комки. Сыпучесть и комкуемость зависят от прочности связей песчинок в местах контакта. Начальная (насыпная) плотность смеси повышает равномерность уплотнения формы. Поэтому смесь должна иметь хорошую сыпучесть - минимальную комкуемость.

Большое значение имеет поверхностная прочность - сопротивление поверхностного слоя формы или стержня истиранию. Поверхностная прочность характеризуется осыпаемостью.

В процессе заливки и охлаждения отливки стенки формы нагреваются металлом до высоких температур, равных практически температуре металла, поэтому формовочные материалы должны обладать высокой огнеупорностью. Это одно из главных требований, предъявляемых к формовочным материалам.

Огнеупорность - способность смеси сопротивляться размягчению или расплавлению под действием высокой температуры жидкого металла - зависит от огнеупорности составляющих смеси и количественного их соотношения. Чем больше примесей в песке и глине, тем меньше огнеупорность формовочных и стержневых смесей. Чем крупнее песок и чем меньше в нем примесей, пыли и больше кремнезема, тем более огнеупорна смесь.

В процессе заливки формы металлом органические материалы, входящие в состав формовочной смеси (связующие, опилки) , сгорают и выделяют газы, влага испаряется и образует большое количество паров. Способность смеси выделять газы при заливке называется газотворностью. Она определяется количеством газов, выделяющихся из 1 кг смеси. Образующиеся газы, пары и воздух стремятся выйти из формы через поры формовочной смеси. Поэтому она должна иметь достаточную газопроницаемость.

Газопроницаемость - свойство смеси пропускать через себя газы - зависит от качества и количества глинистых составляющих и кварцевого песка. Чем больше песка в формовочной смеси и чем он крупнее, тем выше газопроницаемость смеси, и наоборот. Газопроницаемость зависит также от формы зерен песка, влажности, наличия пыли, угля, степени уплотнения и т.п. Чем больше пыли в песке, тем меньше газопроницаемость. При быстром газообразовании и недостаточной газопроницаемости смеси давление газа превышает давление залитого металла, и газ стремится выйти из формы не через смесь, а через металл. В этом случае в отливках могут появиться и газовые раковины.

В процессе затвердевания и охлаждения размеры отливки уменьшаются вследствие усадки металла. Однако форма препятствует усадке, в результате в отливке могут возникать напряжения и появляться трещины. Поэтому формовочная смесь должно обладать податливостью - способностью сокращаться в объеме и перемещаться под действием усадки отливки.

Высокая прочность и газопроницаемость формовочной смеси обеспечиваются однородностью - равномерным распределением в формовочной смеси составляющих компонентов в результат тщательного перемешивания.

Формовочные и стержневые смеси должны обладать минимальной прилипаемостью к модели или стержневому ящику, что зависит от содержания влаги, связующей добавки и ее свойств. Прилипаемость смеси повышается с увеличением количества жидкости в смеси. Сульфитно-спиртовая барда увеличивает прилипаемость смеси, масляные связующие уменьшают ее.

Гигроскопичность -- способность формовочной и стержневой смеси поглощать влагу из воздуха - зависит от свойств связующей добавки. Стержни, изготовленные из смесей на сульфитной барде, обладают большой гигроскопичностью. Поэтому собранные формы с такими стержнями нельзя выдерживать перед заливкой металла, в противном случае увеличивается брак по газовым раковинам.

Долговечность - способность смеси сохранять свойства при повторных заливках. Чем долговечнее смесь, тем меньше добавляют в отработанную смесь свежих формовочных материалов при ее переработке. Освобождение отработанной смеси от пыли, введение свежего песка и глины позволяют восстановить свойства смеси.

Выбиваемость -- способность стержневой смеси легко удаляться при выбивке ее из охлажденной отливки - зависит от количества песка, глины и вида связующего в стержневых смесях.

2. Основная часть

2.1 Технологический процесс получения литой заготовки в песчаной форме

В основу разработки технологии получения литой заготовки закладываются основные принципы: качество и экономичность. Литая заготовка должна быть качественной по структуре, механическим свойствам, химическому составу металла, иметь чистую, без дефектов поверхность, минимальные припуски на механическую обработку и полностью соответствовать эксплуатационным требованиям, чтобы обеспечить изделию максимальную надежность. Экономичность не должна быть в ущерб качеству. Иногда дешевое изделие для цеха или предприятия становится очень дорогим для народного хозяйства из-за преждевременных ремонтов с большими затратами средств. Тщательная технологическая разработка дает значительную экономию средств, материалов и времени, повышая производительность труда и качество заготовок.

Разработка линейной технологии складывается из нескольких этапов. Основные из них следующие: конструирование модели с учетом усадки литейного сплава, припусков на механическую обработку, напусков, литейных (формовочных) уклонов, галтелей (радиусов скруглений в местах сопряжения поверхностей), назначения плоскости разъема модели в форме; конструирование стержня, выполняющего полости или отверстия в будущей отливке с его знаковыми частями; конструирование стержневого ящика для изготовления стержня и сушильных плит; конструирование и расчет элементов литниковой системы и выбор места ее подвода к отливке; конструирование всех необходимых приспособлений - шаблонов, конструкторов и т.д.



Рисунок 2.1. Упрощенная схема технологического процесса изготовления литой заготовки в разовой песчаной форме

Согласно заданию нам необходимо разработать технологический процесс изготовления детали по чертежу представленному в (приложении 1).

На чертеже представлена деталь, которая путем механической обработки будет получена из литой заготовки. На чертеже представлены размеры детали и припуски на механическую обработку. Материал заготовки сталь.

Рассмотрим последовательность технологического процесса и способы изготовления отливки в песчаных формах.

Технологический процесс изготовления отливок в разовых песчаных формах широко распространен в литейном производстве. Он складывается из различных процессов, которые осуществляются в специальных цехах или отделениях литейного цеха.

Технологический процесс изготовления отливки начинается с подготовки модельного комплекта: моделей или модельных плит, модельных щитков, стержневых ящиков, сушильных плит, шаблонов для проверки размеров формы и стержней, кондукторов и шаблонов для контроля правильности установки стержней в форме, опок, штырей и т. д.

Модель -- это приспособление для получения в форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. Модели делают из дерева, металла, гипса, пластмассы и других материалов. Модель состоит из двух половин, которые взаимно центрируются с помощью шипов и гнезд. Отверстие выполняется стержнем.

Модельный комплект изготовляют в модельном цехе или молельном отделении литейного цеха. Не менее важным звеном технологической цепи является подготовка материалов для изготовления литейной формы. Формовочными материалами называют материалы, применяемые для. изготовления разовых и полупостоянных форм. Это пески, связующие и специальные добавки. Исходные формовочные материалы хранят на складе формовочных материалов в специальных емкостях и бункерах. При поступлении на склад обязательно проверяют соответствие их качества сертификату. Контроль качества формовочных материалов производят в специальных лабораториях.

Процесс изготовления литейных форм называют формовкой.В литейном производстве используют ручную и машинную формовку. В единичном и мелкосерийном производстве - ручную формовку (формы изготовляют обычно по деревянным моделям), в поточно-массовом и серийном производстве -- машинную (формы изготовляют на машинах по металлическим моделям).

Литейную форму собирают из двух полуформ: верхней и нижней. Полуформы изготовляют из формовочной смеси, уплотняемой в чугунных или стальных рамках, которые называют опоками.

Изготовление литейной формы. На подопочный щиток устанавливают половину модели, по которой необходимо получить отпечаток в нижней полуформе, а также опоку. Поверхность модели и щитка посыпают или опрыскивают разделительной жидкостью, после чего в опоку насыпают формовочную смесь и уплотняют ее, Излишек формовочной смеси счищают с поверхности уплотненной полуфермы, опоку перевертывают на 180 градусов и устанавливают на подопочньй щиток. Затем на нижнюю половину модели устанавливают верхнюю половину модели, на нижнюю опоку - верхнюю. Вновь посыпают поверхность модели разделительным песком, ставят модели литниковой системы, засыпают формовочную смесь в верхнюю опоку и уплотняют ее. Снимают верхнюю полуформу, извлекают половины моделей, устанавливают стержень и собирают форму. Для сборки формы опоки имеют специальные втулки, в которые входят центрирующие штыри. Жидкий металл при заполнении формы давит на стенки формы, в результате чего верхняя опока может подняться, и тогда по плоскости разъема образуется зазор, через который металл может вытекать из формы. Для предупреждения этого верхнюю полуформу крепят к нижней скобами, а иногда ставят на верхнюю опоку груз.

При заливке жидкий металл поступает в полость формы по литниковым каналам. Систему каналов, подводящих металл в форму, называют литниковой.

Литниковая система состоит из стояка (вертикального канала), шлакоуловителя и питателя, через который металл поступает в полость формы. К литниковой системе относится также выпор. Выпор служит для выхода из формы воздуха и газов, а также для контроля заполнения формы металлом.

После затвердевания и охлаждения металла форму разрушают и освобождают отливку от формовочной смеси, отрезают литники, и поверхность отливки очищают от формовочной смеси.

Описанную выше литейную форму называют разовой, так как ее используют однократно. Обычно разовые литейные формы изготовляют из формовочных смесей, основной составляющей которых является кварцевый песок. В качестве связующей добавки, придающей прочность смеси, используют глину. Прочность таких смесей относительно невысока, а давление жидкого металла на стенки формы достаточно велико, поэтому формы из песчано-глинистых смесей приходится делать толстостенными. Однако, если в качестве связующего использовать специальные материалы, придающие высокую прочность формовочной смеси, то литейную форму можно сделать оболочковой (тонкостенной). Это позволяет резко сократить расход формовочной смеси, а также благодаря ее особым свойствам повысить точность и чистоту поверхности отливок.

В разовых толстостенных формах из песчано-глинистых смесей можно получать отливки весьма сложной конфигурации массой от нескольких граммов до десятков тонн из различных сплавов как в условиях единичного, так и серийного и массового производства Это объясняется относительной простотой I технологического процесса, дешевизной используемых материалов, достаточной точностью отливок, хорошей чистотой поверхности, возможностями механизации и 5 автоматизации процесса их изготовления.

В литейном производстве применяют также формы, изготовляемые из специальных высокоогнеупорных масс, например на основе графита В таких формах можно получать до нескольких десятком отливок без существенного износа формы. Эти формы называются полупостоянными. Их применяют при мелкосерийном производстве отливок из чугуна и цветных сплавов (алюминиевых, медных). Для массового и крупносерийного производства стойкость этих форм недостаточна, а для единичного производства высока стоимость их изготовления.

Широкое применение находят металлические формы, называемые также постоянными. В этих формах можно получать от нескольких десятков до нескольких тысяч отливок из стали, чугуна и цветных сплавов. Отливки могут иметь сложную конфигурацию и массу несколько тонн. Наиболее часто в металлических формах изготовляют отливки малой и средней (до нескольких десятков килограммов) массы из легких цветных сплавов.

Отливки, полученные в металлических формах, имеют чистую поверхность и повышенную точность размеров. Применение постоянных форм позволяет исключить формовочную смесь, улучшить условия труда, механизировать и автоматизировать производство. Однако стоимость металлических форм достаточно высокая, поэтому их применяют в условиях крупносерийного и массового производства отливок.

Стержень -- это часть литейной формы. Его изготовляют из стержневой смеси, уплотняемой в ящике. После извлечения из ящика стержень подвергают сушке в печи. При сборке формы сухой стержень устанавливают стержневыми знаками в соответствующие гнёзда формы, полученные с помощью знаков модели. Длина стержня больше длины полости отливки на величину знаков.

Стержни получают с помощью ящиков или шаблонов. Готовые стержни сушат в специальных печах (сушилах) для увеличения их прочности, газопроницаемость, а также уменьшения газотворной способности. Стержни перед установкой в форму окрашивают красками, состоящими из огнеупорных материалов: графита, пылевидного кварца, циркона обезжелезенного и др., что необходимо для повышения чистоты поверхности отливки.

Перед сборкой сырые полуформы припыливают (графитом, тальком, древесным углем и др.) и окрашивают для получения чистой поверхности отливки. Если отливка имеет полость, то в форму перед сборкой устанавливают стержень. Затем форму собирают, скрепляют опоки болтами или скобами и подают1 на заливку жидким металлом.

В качестве исходных материалов для получения жидкого чугуна и стали используют чушковые литейные чугуны, чугунный и стальной лом. Брикетированную стружку, ферросплавы, топливо и флюсы. Эти исходные: материалы называют шихтовыми. Их хранят на складе шихты, где также производят подготовку исходных материалов к плавке: сортировку, дробление до необходимых размеров, шихтовку--взвешивание отдельных порций различных материалов в соответствии с расчетом для получения заданного химического состава металла.

Подготовленную шихту специальными транспортными средствами подают в плавильное отделение для приготовления жидкого металла (плавки металла). Плавильными печами называют агрегаты, предназначенные для расплавления и перегрева черных и цветных металлов и сплавов. Для плавки чугуна применяют специальные печи-вагранки, электропечи и пламенные печи; для плавки стали мартеновские печи, конверторы, электропечи, для плавки цветных сплавов -- электропечи и пламенные печи.

Расплавленный металл должен быть перегрет в печи до определенной температуры, чтобы он хорошо заполнял литейную форму. После расширения и перегрева металл сливают из печи в различные ковши и транспортируют на участок заливки форм. Металл, залитый в форму, отдав теплоту форме, охлаждается и затвердевает. После охлаждения отливки формы разрушают (выбивают) и отливки извлекают из форм. Выбивку форм производят только после остывания отливки до определенной температуры, так как при высоких температурах сплавы недостаточно прочны и отливка может разрушиться. Выбивку форм осуществляют на специальных установках, расположенных в отделении или на участке выбивки.

Отливки имеют литники, выпоры, иногда заусенцы и заливы металла, их поверхность может быть загрязнена пригоревшей к ней формовочной смесью. Отрезку или обрубку литников, выпоров, заусенцев, очистку поверхности отливок производят в отделении очистки и обрубки отливок специальным инструментом, на дробеструйных барабанах. После этого отливки поступают в отдел технического контроля (ОТК). Здесь производят контроль отливок: проверяют их размеры и герметичность, наличие внутренних и внешних дефектов (усадочных раковин, газовых раковин, трещин и т. д.), механические свойства и структуру металла. Отливки, имеющие незначительные дефекты, исправляют различными способами: газовой и электрической заваркой, пропиткой различным;; смолами, нанесением замазки и др.

Очень часто для получения требуемых структуры и механических свойств, снятия внутренних напряжений отливки подвергают термической обработке-- нагреву и охлаждению по строго заданным режимам (по времени и температуре) в термических печах. Эта операция производится в термическом отделении литейного цеха. Затем отливки вновь подвергают очистке и контролю.

Принятые ОТК или мастером литейного цеха отливки отправляют на склад готовых изделий, а оттуда на механическую обработку. Некоторые отливки перед отправкой в механический цех окрашивают, чтобы предотвратит!, коррозию.

При механической обработке отливкам придается окончательная геометрическая форма, требуемые точность и чистота поверхности, предусмотренные чертежами и техническими условиями на готовую деталь. Это наиболее трудоемкий процесс в машиностроении, так как затраты на механическую обработку составляют 40-60% затрат на изготовление машины. Следовательно, необходимо стремиться получать отливки с минимальными припусками на механическую обработку или такими точными и чистыми, чтобы не требовалась механическая обработка.

Рассмотрев основные этапы технологического процесса получения литой заготовки в песчаной форме, произведем расчет модели отливки для заданной модели (приложение 1).

Таблица 2.1. Исходные данные

Размер детали, мм	Материал сталь , МПа	Модельный комплект
D	D1	D2	D3	D4	H	H1	H2	d
180	110	130	150	160	130	25	25	11	300	Деревянный

1. Для расчета припусков на механическую обработку по таб. 1[1] в зависимости от наибольшего размера (D=180мм) и материала детали (сталь) определим класс размерной точности отливки - 8. По табл. 2[2], в зависимости от интервала размеров и класса размерной точности, определяем допуски размеров отливки. Результаты выбора заносим в табл.2.2.

По табл. 3[1]в зависимости от допуска элемента, вида механической обработки и класса размерной точности (8) определяем общий припуск на сторону. Если размер элемента детали указан между поверхностями, которые не обрабатываются

(D2), то размер элемента отливки складывается из размера элемента детали и допуска размера отливки. Если поверхности обрабатываются ( D D1, D3, Н ), то размер элемента детали складывается с общим припуском на сторону. Если одна поверхность обрабатывается, а другая нет, то размер отливки определяется, как сумма размера детали, общего припуска и половины допуска размера отливки. Результаты выбора заносим в табл. 2[2].

Таблица 2.2. Размеры элементов отливки

Размер элемента детали, мм	D 180	D1 110	D2 130	D3 150	Н 130	Н1 25	Н2 25
Допуск размера отливки, мм	1,8	1,6	1,6	1,6	1,6	1,0	1,0
Общий припуск на сторону, мм	3,0	2,1	---	3,0	2,1;3,0	1,7	1,7
Размер элемента отливки, мм	D' 186	D1' 105,8	D2` 131,6	D3' 146	Н' 155,1	Н1' 27,2	Н2' 27,8

2. Устанавливаем формовочные уклоны, по табл. 4[1], в зависимости от высоты h формообразующих поверхностей и материала модельного комплекта:

h1=(D' -D1') / 2 =(186-105,8)/2=40,1 в1=45'

h2= (D3' - D1')/ 2 =(156-105,8) / 2 = 25,1 в2=1°05'

h3= (D' -D2') / 2 =(186-131,6) / 2 = 27,2 в3 =1°05'

h4= (D3' -D2')/2 = (156-131,6)/2=12,2 в4 =1°30'

3. Расчет размеров стержня и стержневых знаков. Диаметр стержня DCT, выбираем по диаметру отверстия: Dcт=D1 '=105,8 мм.

Длина стержня LCT = H'+h1tgв1+h2tgв2 =135,1+0,5213+0,4769=136,1 мм. Длина стержневых знаков выбираем по табл. 5[1]: lс =45 мм.

4. По этим данным составляем чертеж литейно-модельных указаний (приложение 2).

5. Расчет литниковой системы.

Определяем площадь поперечного сечения узкого места:

Fуз = M/pфм*v (2gHcp) (м)

М -- масса отливки вместе с литниковой системой:

М= Vpk (кг)

V-- объем отливки, вычисляется как сумма объемов отдельных частей отливки (цилиндров).

= V1 +V2 +V3 -V4 = р/4 [D'2 *Н1' + D2'2 .(Н' - Н1' - Н2') + D3'2 *Н2' -D1'2.H']= 1168313,41 (мм2)

V= 1,168 (m2)

р = 7,8* 103 кг/м3 - плотность стали.

k = 1,35 - коэффициент массы литниковой системы.

М = 1,168*7,8* 103* 1,35 = 12,3 кг

Время заполнения формы:

ф = A*vдM =1,5v(40,1-12,3) = 33,31 (с)

А = 1,5 - коэффициент массы литниковой системы.

д = (D1- D2') /2 =(186-105,8)/2= 40,1 (мм)

преобладающая толщина стенки отливки.

м = 0,38 - коэффициент расхода металла для стали.

Средний гидростатический напор:

Нср = Нст - h0 /8 (м)

Нст - высота стояка от верхнего уровня чаши до питателя (МФ), м;

h0= D' (м) - общая высота отливки, м;

Hcт = hB+0,1

hB - высота части отливки от питателя (МФ) до ее самой высокой точки, (м);

hB= 0,5D' (м);

Нст =0,5*0.186+0,1 = 0,193 (м);

Нср =0,193 -186/8 =0,1697 (м);

Fуз=12,3/(7,8*103*33*0,38v(2*9,81*0,1697)=0,0000683 =6,83*10-5 (м2)

Fуз = 0,68 (см2)

Расчет площади поперечного сечения стояка FCT, шлаколовителя Fшл и питателя Fпит

FCT : Fшл : Fпит = 1,1 :1,3 :1,5 для стали.

Узкое место для стали - стояк, тогда

Fyз = Fст=0,68 см2

Fшл = (l,3/l,l)*Fст= 0,8 см2

Fпит = (1,5/1,1)* Fст= 0,93 см2

Изготовленные на основе этих расчетов модели отливки, литниковой системы, стержневой ящик позволяют получить литейную форму (приложение 3).

2.2 Технология токарной обработки

Рассмотрев технологический процесс получения литой заготовки в песчаной форме, переходим к рассмотрению технологии токарной обработки.

При разработке конструкций деталей машин, обработка поверхностей которых предполагается на станках токарной группы, целесообразно учитывать ряд специальных требований, обеспечивающих их технологичность.

Детали, обрабатываемые на станках токарной группы, должны содержать наибольшее число поверхностей, имеющих форму тел вращения. Конструкция детали должна быть такой, чтобы ее масса была уравновешена относительно оси вращения. Обработка уравновешенных заготовок исключает влияние дисбаланса масс на точность изготовления поверхностей деталей. При конструировании деталей необходимо использовать нормальный ряд диаметров и длин, что позволяет применять стандартный режущий инструмент. В конструкциях следует избегать применения нежестких валов и втулок (длинных тонких валов и тонкостенных втулок). Жесткая конструкция втулок, стаканов, цилиндров позволяет обрабатывать их в кулачковых патронах, не прибегая к специальным приспособлениям. При обработке нежестких деталей погрешность геометрической формы обработанной поверхности всегда больше, чем при обработке жестких деталей.

Обработка резанием - это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла для получения требуемой геометрической формы, точности размеров и шероховатости поверхности детали. Для осуществления этого необходимо, чтобы заготовка и режущая кромка инструмента перемещались относительно друг друга.

Основными движениями в металлорежущих станках являются движения резания, обеспечивающие срезание с заготовки слоя металла, и включающие главное движение и подачу. Главным называется движение, которое служит непосредственно для отделения стружки. Количественно оно оценивается скоростью резания, обозначаемой буквой V, с размерностью м/с (м/мин). При токарной обработке - это вращение заготовки. Подача - движение, обеспечивающее непрерывное врезание режущего инструмента в новые слои материала обрабатываемой заготовки. Подача обозначается буквой S с индексом, указывающим направление: Snp - продольная, Sп - поперечная подача. При токарной обработке подачей является поступательное движение суппорта. Размерность подачи мм/об.

Обработка заготовки на токарном станке называется токарной операцией. Операция - законченная часть технологического процесса, выполняемая рабочим на одном г рабочем месте над определенной деталью. Простейшим элементом технологической операции является переход - обработка одной поверхности одним инструментом при определенных режимах резания. Если срезаемый слой велик, то он может удаляться не за 1, а за 2 и более проходов - однократных движений инструмента по поверхности.

Качество обработки зависит от качества и правильности выбора режущего инструмента.

Для детали, полученной методом литья (приложение 3), произведем расчет режима резания и выберем инструмент и оборудование.

1. После получения детали из литейного цеха, составим маршрут токарной операции обработки детали, выберем инструмент и занесем в таблицу 2.3.

Таблица 2.3

Уста- новка	Пере- ходы	Содержание установов и переходов	Схемы переходов	Тип резца
А	1	Установить заготовку в патрон и закрепить. Подрезать торец «чисто».		Подрезной
	2	ТочитьШ 156 до Ш 150 На длину 25		Проходной прямой
Б	1	Установить заготовку в патрон и закрепить. Подрезать торец в размер 130 мм.		Подрезной
	2	Точить Ш186 до Ш180 На длину 25		Проходной прямой
	3	Расточить внутренний Ш105,1 до Ш110 на всю длину		Расточной проходной

2 Выбор инструмента.

Согласно маршрута токарной обработки выбираем проходной резец по табл. 2[2]. При точении заданной шероховатости 2,5 используем марку твердосплавной режущей пластинки - Tl5К6 с геометрией: ц = 90°, ц1 = 15...45°, г = 5°..., б = 5...12°, r= 0,5...2,0 мм. Период стойкости Т = 80 мин.(согл. табл. 3[2]).

3 Расчет режима резания.

Глубина резания t принимается равной припуску t = z =1,5

Выбираем подачу S(no табл. 4[2]). S =0,15м/об.

Определяем скорость резания(по табл. 5 [2]). V= Cv /tXv *SYv * Tm = 420/(1,50,15*0,150,2*800,2) =242,79 м/мин

6 Вычисляем частоту вращения:

n= 1000V/р*D= 1000*242,79/(3,14*156) = 501,65 мин-1

Уточняем nст по паспортным данным станка (см. табл. 6[2]) и принимаем ближайшую меньшую: nст = 500 мин-1

Определим фактическую скорость резания:

Vф = р*D* nст/1000= 245 м/мин.

Определим главную составляющую силы резания (по табл. 7[2]):

Рz = Ср * tXp * SYp * Vnp = 2943*1,5*0,15*0,75*2450,16= 44125 Н.

Определим мощность резания:

N3 = Pz * Vф / 1040 * 60 * ? = 2,17 кВт.

Так как Nэ= 2,17 < 10 кВт = NCT, то обработка на данных режимах выполняется.

2.3 Расчет режима резания при сверлении

Процесс резания при сверлении протекает в более сложных условиях, чем при точении. В процессе резания затруднены отвод стружки и подвод охлаждающей жидкости к режущим кромкам инструмента. При отводе стружки происходит трение ее о поверхность канавок сверла и сверла о поверхность отверстия. В результате повышаются деформация стружки и тепловыделение. На увеличение деформации стружки влияет изменение скорости главного движения резания вдоль режущей кромки от максимального значения на периферии сверла до нулевого значения у центра.

За скорость главного движения резания при сверлении принимают окружную скорость точки режущей кромки, наиболее удаленной от оси сверла, м/с (м/мин):

V = 7t*D*n/(1000*60), где D - наружный диаметр сверла, мм; п - частота вращения сверла, об/мин. Подача S (мм/об) равна осевому перемещению сверла за один оборот. За глубину резания при сверлении отверстий в сплошном материале принимают половину диаметра сверла, мм:

t= D/2. а при рассверливании

t=(D-d)/2

где d - диаметр обрабатываемого отверстия, мм. После токарной обработки деталь поступает на операцию сверления

1. В данной детали необходимо просверлить 4 отверстия диаметром d = 11 мм. Отверстия располагаются по окружности D4 = 160 мм под углом 90° друг от друга. Материал детали сталь с пределом прочности ув = 300 мПа. Материал спирального сверла - сталь быстрорежущая марки Р6М5. Охлаждение будем производить эмульсией. Сверлить будем на станке модели 2Н135.Расчет режима резания.

2. Определяем подачу S по формуле:

S = Sтабл * Кэ,

Sтабл = 0,17-0,2 (мм/об).

Выбираем из таблицы приложение 1[3], в зависимости от ув = 300 мПа при сверление отверстий глубиной 1 < 3d, с точностью не выше 12-го квалитета в условиях жесткой технологической системы ;

Кэ - поправочный коэффициент на подачу, Кэ = 1, так как сверлят отверстие глубиной 1 < 3d, с точностью не выше 12-го квалитета и в условиях достаточно жесткой технологической системы.S=(0,17-0,2)*1 = (0,17-0,2) мм/об.

Подача на станке устанавливается в пределах выбранного табличного диапазона (согл. прил. 4[3]). Принимаем S = 0,2 мм/об.

3. Определяется скорость резания V по формуле:

V = (Cн * dnv * К?) / (Tm * Sуv),

где Сv - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства материала заготовки и условия обработки;

Т -- стойкость сверла, мин;

По приложениям 2 и 3 [3] находим:

Cv = 7.

Т= 45 мин.

nv = 0,4

yv = 0,7

m = 0,2

Kv = Kmu * Kuu *Klu- поправочный коэффициент на скорость резания; Kmu = Kr * (750/ ув)nv - поправочный коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала; Кr -- коэффициент, учитывающий материал инструмента (для сверл из быстрорежущей стали и обрабатываемого материала -- углеродистой стали Кr=1) nv -показатель степени (для сверл из быстрорежущей стали обрабатываемого материала - углеродистой стали при ов <550 мПа, nv =-0,9);

Кuv, - поправочный коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала (для быстрорежущей стали Кuv= 1);

Кlv - поправочный коэффициент, учитывающий глубину обрабатываемого отверстия (при глубине 1 < 3d, Klv = 1);

V = (7 * 110,4/450,2 *0,20,75) * 1(750/300)-0,9 * 1 * 1 =11,6 м/мин

4. Определяем частоту вращения шпинделя станка n, полученной по расчету:

n= 1000V/рd=(1000*11,6)/(3,14*11)=335,8 мин-1

По станку (см. приложение 4[3]) принимаем ближайшую меньшую частоту вращения n=335 мин-1.

5. Определяем сверлевую силу при сверлении Р0 по формуле:

Р0 = Ср dXp SYp *Кр = 10*68*11*0,20,7*0,5 = 1212,25 Н

Из приложения 3[3] найдем Ср = 68 ,ХР =1,YP = 0,7.

где Кр = (у/750 )n = (300/750 )0,75 = 0,5 - поправочный коэффициент, зависящий от материала обрабатываемой заготовки; n-- показатель степени (при обработке углеродистой стали n=0,75).

По паспортным данным станка (см. приложение 4[4]) наибольшее осевое усилие, допускаемое механизмом подачи станка 15кН. Следовательно, назначенная подача S = 0,2 мм/об допустима.

6. Определяем крутящий момент Мк от сил сопротивления резанию при сверлении:

Mk = CmdXmsYmKp =10*0,0345*112*0,20,8*(300/750)0,75 = 5,8 Н*м;

Крутящий момент обеспечивается станком (допускаемый крутящий момент - 40 Н*м).

Эффективная мощность Ne, расходуемая на процесс резания:

Ne = Мkдоп*n/9750 = 0,21 кВт.

Расчетная мощность электродвигателя станка Nэ :

Nэ=Ne/?=0,74/0.7=0.3 кВт

Где ? - КПД механизмов и передач станка ? = 0,7.

Обработка возможна, так как мощность электродвигателя станка 2Н135 (см приложение 4[3]) не превышает Nст = 4.5 кВт.

9. Определяем основное время То

Это время, затрачиваемое непосредственно на сверление при «ручном» подводе инструмента к заготовке: T0=L/S*n

Где L =l+lвр +1пер - полная длина перемещения сверла, мм;

l= 25 глубина отверстия, мм;

lвр = d/2*ctg ц = 11 / 2 * ctg 59° = 3,8 мм

глубина врезания сверла в заготовку;

1пер >= 3S - длина перебега инструмента, мм;

Принимаем угол при вершине сверла 2ц=118°, рекомендуемый при обработке стали.

T0 =(25+3,8+3*0,2)/(0,2*335)=0,44 мин

Расчет произведен для одного отверстия.

3. Заключение

Выполнив данную курсовую работу, я познакомился с разработкой технологического процесса получения литой заготовки в песчаной форме, с технологией токарной обработки и сверления.

Сделаем некоторые выводы:

Модельный комплект должен удовлетворять следующим основным требованиям:

1) Обеспечивать получение отливки определенной геометрической формы и размеров;

2) Обладать высокой прочностью и долговечностью, т.е. обеспечивать изготовление необходимого числа форм и стержней;

Быть технологичным в изготовлении;

Обладать минимальной массой и быть удобным в эксплуатации;

Иметь минимальную стоимость с учетом стоимости ремонта;

Сохранять точность размеров и прочность в течение определенного времени эксплуатации.

Требуемые точность, прочность и долговечность модельного комплекта зависят от условий производства - единичного, серийного или массового. В единичном и мелкосерийном производстве чаще всего используют деревянные модельные комплекты; в массовом и крупносерийном производстве - металлические модельные комплекты, которые хотя и дороже, но значительно долговечнее деревянных.

В серийном производстве во многих случаях успешно применяют модели из

пластмасс, например эпоксидных смол, а также из гипса и цемента. Металлические и пластмассовые модели в течение длительного срока службы сохраняют точность размеров, способствуют получению четкой конфигурации отливки, прочны и долговечны. Однако стоимость изготовления металлических и пластмассовых моделей в 3-5 раз превышает стоимость изготовления деревянных, поэтому их применение должно быть обосновано экономическим расчетом. Правильный, экономически обоснованный выбор материала, для модельного комплекта позволяет существенно снизить себестоимость отливок.

Правильно построенная литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям:

1) обеспечивать хорошее заполнение формы металлом и питание отливки в процессе ее затвердевания;

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

3) способствовать направленному затвердеванию отливки;

4) расход металла на литниковую систему должен быть минимальным.

Это позволит получить качественную литую деталь, которая будет удовлетворять требованиям для механической обработки.

При механической обработке деталей необходимо соблюдать следующие требования:

точность обработки заготовок, качество поверхностных слоев;

правильность выбора режущего инструмента (твердость материала режущей части должна значительно превышать твердость материала обрабатываемой заготовки, форма инструмента должна соответствовать выполняемой операции);

технологическая карта должна подробно отражать все операции технологического процесса;

при разработке конструкции детали, которые будут обрабатываться на станках токарной группы, должны содержать наибольшее число поверхностей, имеющих форму тел вращения. Масса детали должна быть уравновешена относительно оси вращения. Целесообразно избегать сложных фасонных поверхностей, придерживаться стандартных размеров и форм деталей, что позволяет использовать стандартный режущий инструмент.

При разработке конструкции детали, которые будут обрабатываться на сверлильных станках, необходимо придерживаться следующих технологических требований:

отверстия, к которым предъявляют высокие требования по точности, необходимо выполнять сквозными, а не глухими;

поверхность, в которую врезается сверло, должна быть перпендикулярной к движению сверла;

глубокие отверстия рекомендуется заменять двумя неглубокими;

ко всем элементам детали при обработке и измерении должен быть свободный доступ;

обрабатываемые поверхности рекомендуется располагать параллельно или взаимно перпендикулярно.

Основой повышения экономической эффективности литейного производства и механической обработке деталей, конечно же, является технический прогресс. Технический прогресс - это процесс совершенствования производства, технологических методов и форм организации труда и производства, состоящий в непрерывном совершенствовании производства на базе новой техники, научных достижений и передового опыта.

К основным направлениям технического прогресса относятся:

Электрификация производства - широкое применение электроэнергии для технологических процессов, орудий труда, управления и контроля производства.

Комплексная механизация и автоматизация производства -- замена ручного труда все более сложным комплексом машин-автоматов, выполняющих основные и вспомогательные технологические операции и процессы контроля и управления. Особенно важным это направление является для литейного производства, представляющего комплекс трудоемких и тяжелых работ. Все более широко внедряются автоматические комплексы изготовления форм, приготовления формовочной и стержневой смеси, изготовления стержней, заливки металла в формы, выбивки и очистки отливок.

Список использованной литературы

1. Разработка схемы технологического процесса получения литой заготовки в песчаной форме. Метод. Указания по выполнению практической работы. ДГТУ, Ростов н/Д, 2004.

2. Технология токарной обработки. Метод. Указания по выполнению практической работы. ДГТУ, Ростов н/Д, 2009.

3. Расчет режима резания при сверлении. Метод. Указания по выполнению практической работы. ДГТУ, Ростов н/Д, 2010.

4. Технология конструкционных материалов. Учебник для машиностроительных специальностей вузов/Под общ. ред. А.М. Дальского, 2012.

5. Литейное производство. Под ред. А.М. Михайлова,-М.: Машиностроение, 2007.

6. Стандарт предприятия. Курсовые и дипломные проекты (работы). Правила оформления. ДГТУ, Ростов н/Д, 2012.

7. ГОСТ 3.1126-88. Правила графического выполнения элементов литейных форм и отливок.

Приложение 1

Чертеж детали

Приложение 2

Чертеж отливки

Приложение 3

Литейная форма

1. Выпор

2. Чаша

3. Стояк

4. Шлакоуловитель

5. Питатель

Приложение 4

Отливка с литниковой системой

Размещено на Allbest.ru