Проектирование металлической формы-кокиля для производства отливок из цветного металла марки ЛС59-1

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Введение

В настоящее время президентом РФ поставлена задача по удвоению национального валового продукта (НВП). В связи с этим большое внимание обращено на развитие машиностроения, определяющего прогресс в экономике страны. Большие задачи стоят и перед литейным производством. Значение литейного производства в народном хозяйстве чрезвычайно велико: почти все машины и приборы имеют литые детали. Нет такой отрасли машиностроения, приборостроения, строительства, где не применяли бы отливки.

Литьё является одним из старейших способов, которым ещё в древности пользовались для производства металлических изделий - вначале из меди и бронзы, затем из чугуна, а позже из стали и других сплавов.

Основными процессами литейного производства являются плавка металла, изготовление форм, заливка металла в формы и охлаждение, выбивка, чистка, обрубка отливок, термическая обработка и контроль качества отливок.

Различают отливки из черных металлов и сплавов (стали, серого и ковкого чугуна), а также отливки из цветных металлов и сплавов (медных, алюминиевых, магниевых).

Основной способ изготовления отливок - литьё в песчаные формы, в которых получают около 80 % общего количества отливок. Однако точность и шероховатость поверхности отливок, полученных в песчаных формах, во многих случаях не удовлетворяют требованиям современного машиностроения. В связи с этим всё более широко применяют специальные способы литья: в кокили (металлические формы), под давлением, по выплавляемым моделям, центробежное, в оболочковые формы. Главным преимуществом их по сравнению с литьём в песчанные формы является то, что они дают возможность получать отливки более точные по размерам и конфигурации, с меньшей шероховатостью поверхностей, в результате чего уменьшается, а в некоторых случаях полностью исключается их механическая обработка. Кроме того, эти способы позволяют максимально механизировать и автоматизировать технологические процессы и тем самым повысить производительность труда.

По сравнению с другими способами изготовления заготовок деталей машин (прокатка, ковка, сварка) литейное производство позволяет получать заготовки сложной конфигурации с минимальными припусками на обработку резанием, хорошими механическими свойствами.

Кокиль - металлическая литейная форма, которая заполняется жидким металлом под действием гравитационных сил. Основное отличие литья в кокили от литья в песчаные формы состоит в применении металлических материалов для изготовления многократно используемых литейных форм, металлические части которых составляющих основу и формируют конфигурацию и свойства металла отливки. Отливка получается в результате заполнения полости литейной формы расплавленным металлом, (расплавом), охлаждения его в форме и затвердевания.

Стержень - это часть литейной формы. Его изготавливают из стержневой смеси, уплотняемой в ящике, и применяют, для образования в отливках отверстий и полостей, а также для получения наружных поверхностей отливок. При заливке формы стержни часто со всех сторон окружены расплавом, поэтому они должны обладать высокой газопроницаемостью, прочностью, податливостью, выбиваемостью.

После извлечения из ящика стержень подвергают сушке для придания ему прочности. При сборке литейной формы сухой стержень устанавливают стержневыми знаками в соответствующие гнёзда формы, полученные с помощью знаков модели. Длина стержня больше длины полости отливки на величину знаков.

2. Задание на курсовой проект

По данному эскизу отливки сконструировать металлическую форму-кокиль для производства отливок из цветного металла марки ЛС59-1 с необходимыми для расчета размерами.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача состоит в том, чтобы сконструировать металлическую форму - кокиль для производства отливки при её серийном производстве. Прежде чем конструировать кокиль, необходимо по чертежу детали разработать чертёж отливки. Чертеж отливки помимо полного представления о конструкции должен дать ответ на следующие вопросы:

Какие отверстия в отливке получаются литыми?

Где предусмотрены и какие по величине припуски на механическую обработку?

Каковы размеры гарантийных припусков и как они распределены ?

Какие по величине и каково направление конструктивных уклонов на вертикальных стенках и других выступающих частях отливки?

Сколько необходимо стержней и из какого материала они изготовлены?

Какова минимальная толщина стенки отливши?

По каким осям или поверхностям может проходить разъем кокиля?

Как будет отливаться деталь в полости кокиля? Какие поверхности отливки являются базами для механической обработки?

С какой стороны отливки должны размещаться питатели, прибыли и другие элементы литниковой системы?

Из какого сплава изготовляется отливка?

Какую усадку сплава следует принять при конструировании полости кокиля и стержней?

Еще до начала конструирования необходимо знать технические условия, предъявляемые к отливке в отношении качества ее поверхности, качества сплава, герметичности и т. д.

Для удобства дальнейшего изложения внутренняя полость и каналы литниковой системы кокиля условно принимаются в виде готовой отливки с литниковой системой.

3. Пример выполнения курсовой работы

При разработке технологического процесса производят оценку технической возможности и экономической целесообразности производства отливки в кокиль.

О технической возможности производства отливки в кокиль судят по конструкции литой детали и виду сплава для ее изготовления. С увеличением сложности отливка повышается трудность ее производства в кокиль. Поэтому отливки со сложной развитой наружной и внутренней поверхностью, для изготовления которых нужно много стержней, как правило, получить в кокиле трудно и, следовательно, нецелесообразно. Технически трудно изготовлять отливки с большим и резким перепадом толщины стенок, тонкими выступающими частями и т. п. Одновременно с повышением температуры плавления сплава также сокращаются технические возможности изготовления отливок сложной конфигурации и малой металлоемкости.

В ряде случаев техническую возможность перевода отливки на литье в кокиль определяет наличие в цехе кокильного оборудования.

Экономически нецелесообразно лить единичные отливки, так как затраты на изготовление металлической формы и другой кокильной оснастки значительно превышают стоимость литой детали.

При разработке технологии литья в кокили экономически целесообразно производить этим методом не менее 200 - 400 мелких или 50 - 200 и более крупных по массе отливок, а в кокили с водяным охлаждением - более 2000 отливок.

Во всех случаях экономически целесообразно изготовлять отливки партией, равной или превышающей стойкость кокиля по числу заливок в него расплава.

Точно определить границу рентабельности литья отливок в кокиль можно расчетом, в котором учитываются все затраты на изготовление кокиля и партии отливок. Суммарные затраты сопоставляются со стоимостью такой же партии отливок, изготовляемой в песчаных разовых формах.

В том случае, если по расчету себестоимость производства партии отливок в кокиль меньше, чем себестоимость аналогичной партии отливок, изготовляемой в песчаные разовые формы, то перевод отливки на литье в кокиль экономически целесообразен с точки зрения повышения производительности труда и качества отливок. Серийное производство их в кокилях практически всегда целесообразно.

4. Конструктивные уклоны отливок из цветных сплавов

Для нашей отливки мы берём данные из четвёртого столбца таблицы.

2. Конусность внутренних стенок отливок к плоскости разъема составляет 8-- 10°.

3. Толщина внутренних стенок отливки составлет 0,6--0,7 толщины ее наружных стенок.

4. Наружная и внутренняя поверхности имеет обтекаемую форму.

5.Стенки отливок имеют плавные переходы.

6.Для лучшего газоотвода из полости кокиля поверхности стенок отливок конструируем наклонными.

7.Конструкция отливки должна быть такой, чтобы при ее изготовлении не требовалось стержней или их количество было минимальным. Для нашей отливки мы используем один стержень.

8. Припуски на механическую обработку кокильных отливок из чугуна и цветных сплавов назначают с учетом рекомендаций, приведенных в табл. 6-



Для нашей отливки мы выбираем припуск на механическую обработку по четвёртой колонке.

9.Допуски (размеры гарантийных припусков) служат для компенсации отклонений размеров отливки вследствие возможных просчетов в технологии, неточности изготовления или последующего коробления матрицы кокиля, стержня и т. д. Допуски во всех случаях делают в сторону увеличения размеров изготовляемой отливки и .ее отдельных частей. Такими частями и элементами конструкции отливки являются бобышки, приливы, фланцы, стенка отливки и др.

Допуски на размеры назначают по I, а в отдельных случаях и по II классам точности чугунных (ГОСТ 1855--55) и стальных (ГОСТ 2009 - 55) отливок. Для, отливок из цветных сплавов с наибольшим размером от 40 до 1600 мм плюсовой

10.Отливки вследствие усадки сплава уменьшаются по сравнению с размерами полости кокиля на величину усадки. Поэтому полость кокиля с учетом расширения в результате нагрева и нанесения на его рабочую поверхность слоя теплоизоляционного покрытия имеет размеры, которые больше размеров отливки на величину усадки. Усадка для нашего сплава составляет- 1,6%.

11.На чертеже отливки показываем тип и основные размеры элементов литниковой системы.

Выбор положения отливки в кокиле и его плоскости разъёма

Наилучшим положением полости в кокиле является такое, которое обеспечивает получение качественной отливки с минимальными припусками на механическую обработку и допусками на свободные размеры, с максимальным коэффициентом использования расплава.

Для изготовления нашей отливки мы выбираем вертикальный разъёмный кокиль. Потом определяем положение наших двух отливок в нём. Размещение полости в кокиле производим с учетом технологических указаний, в которых имеются предписания по положению отливки в кокиле в момент ее формирования из расплава. Полость кокиля заливаем расплавом так, чтобы обеспечить равномерное затвердевание отливки.

ВЫБОР ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОКИЛЕЙ

По способу подвода расплава в полость различают литниковые системы горизонтальные и вертикальные.

Литниковую систему с питателями, расположенными в вертикальной плоскости разъема формы на нескольких уровнях или вертикально называют вертикальной, ее применяют в кокилях с вертикальным разъемом.

Горизонтальную или вертикальную литниковую систему, обеспечивающую подачу расплавленного металла в полость литейной формы снизу, называют сифонной, ее применяют для спокойного заполнения полости кокиля снизу.

Литниковая система для получения отливок в кокилях должна быть простой по конфигурации, обеспечивать минимальный расход на нее расплава и заданное качество отливок при максимальной стойкости кокиля.

Сифонная литниковая система меет полость для отливки, расположенную с одной стороны от стояка. Для получения в кокиле двух отливок применяют литниковую систему, изображенную на рис.

Для производства отливок из цветных сплавов часто бывает необходима замедленная скорость подвода расплава в полость кокиля. С этой целью применяем наклонные стояки с обычными вертикально-щелевыми питателями.

РАСЧЁТ ПЛОЩАДИ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ

Площадь поперечного сечения питателей Fп рассчитывают на одну отливку из ЛС59-1 по следующей формуле:

Где м - коэффициент расхода расплава. Он равен 0,4 ,так как в конструкции нашей литниковой системы расплав в форму подводиться снизу. Gотл - масса отливки, она равна

кокиль отливка сплав

коэффициент теплоотдачи кокильной краски, ккал/м2·ч·єС;

б1= 0,2 ккал/м2·ч·єС;

л кр _ коэффициент теплопроводности кокильной краски ккал/м2·ч·єС;

кр=0,06 ккал/м2 ч єС;

хкр - толщина слоя кокильной краски, м;

хкр=0,3м.

д1 - средняя толщина стенки отливки, м;

=0,025м;

Нр - расчетный гидравлический напор расплава, при подводе расплава в кокиль снизу Нр = Н0,

где Н0 - расстояние от места подвода расплава до верхней части воронки,

Но =0,383м;

tзал - температура заливки расплава, єС; tзал = 1100 єС;

tф - температура кокиля в момент заливки расплава, єС;

tф = 950 єС;

t1 - температура расплава в самом удаленном месте от питателя в кокиле в конце заливки, єС; t = 1070 єС;

Коэффициент теплопроводности л кр для сажистой кокильной краски принимаем равным 0,06 ккал/м · ч ?єС.

При расчете площади сечения питателя для производства отливок принимаем следующие значения коэффициента расхода расплава в зависимости от конструкции литниковой системы, так как у нас подвод расплава в форму происходит снизу, то м = 0,4.

Температура заливки в кокиль нашего сплава 1100 градусов Цельсия.

Температуру расплава в самом удаленном от питателя месте принимаем равной 1070 єС.

ВЫБОР РАЗМЕРОВ СТОЯКА И ПРИБЫЛИ

Площадь поперечного сечения стояка для нашего сплава равна соотношению Fст : Fпит= 1: 1,68.

Fст : Fпит=0,595238,

Fст=0,595238*

Выпор устанавливают над самой верхней точкой отливки. Его толщина быть не более 0,8 толщины стенки отливки, над которой он установлен.

Конструкцию и место установки прибылей выбирают в зависимости от объема и места расположения питаемых тепловых узлов. Чаще всего на одной отливке устанавливают одну прибыль. Диаметр размещенной в песчаном стержне прибыли для производства отливки из стали или высокопрочного чугуна принимают равным 0,65 - 0,70 диаметра питаемого узла, а высоту прибыли - равной 1,2 - 1,25.

Относительно небольшой диаметр прибыли, принимаемый в данном случае, по сравнению с литьем в кокиль без песчаного стержня объясняется тем, что коэффициент тепловой аккумуляции песчаной чаши в 10 раз меньше коэффициента тепловой аккумуляции чугунного кокиля и в 12 раз меньше коэффициента тепловой аккумуляции стального кокиля.

ВЫБОР ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ КОКИЛЯ

Стенка кокиля должна иметь достаточную прочность, жесткость и обеспечивать направленное затвердевание отливки.

В процессе работы стенки кокиля циклически подвергаются термическим ударам, которые приводят к возникновению внутренних напряжений в кокиле и, следовательно, остаточным пластическим деформациям. Тонкие стенки кокиля прогреваются быстрее и равномернее па толщине, а поэтому внутренние напряжения в них бывают меньше, чем в толстых. Однако тонкие стенки кокиля в нагретом состоянии не обеспечивают необходимую прочность и жесткость кокиля. На практике выбор толщины стенки кокиля производят по номограммам и эмпирическим формулам.

По номограмме (рис. 29) толщину стенки кокиля выбирают в заштрихованной области: нижняя часть ее для литья с постоянным подогревом или охлаждением кокиля; верхняя часть для литья без специального, равномерного подогрева кокиля перед началом работы.



КОНСТРУИРОВАНИЕ НАРУЖНЫХ КОНТУРОВ КОКИЛЯ

Чтобы уменьшить внутренние напряжения и остаточную деформацию, улучшить тепловой режим и увеличить стойкость, выполняем наружные контуры кокиля в соответствии с наружными контурами получаемой в нем отливки с учётом принятой толщины стенки кокиля (29…43).

КОНСТРУИРОВАНИЕ ЗНАКОВ ДЛЯ УСТАНОВКИ И КРЕПЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ

Разовые стержни знаковой частью устанавливают в предусмотренные в кокиле полости (знаки). Знаковая полость кокиля для производства мелких, средних и крупных по массе и размеру отливок должна быть чуть больше, чем знак стержня. Наша отливка имеет массу 36,2 кг, поэтому она относиться к средним отливкам и мы размер знаковой полости берём больше знака стержня на 1 мм. Наша отливка имеет сквозное отверстие и для него мы применяем стержень с двумя знаками.

Стержневой ящик. Стержневой ящик (С. я), в котором изготовляются литейные стержни, образующие отверстия и полости в отливке. По конструкции С. я. делятся на неразъёмные (вытряхные) и разъёмные. Выбор типа С. я. зависит от формы и размеров стержня, метода его изготовления (ручная или машинная формовка) и вида производства. С. я. делают из древесины, стали, чугуна, алюминиевых сплавов, пластмассы и иногда из гипса. Наиболее высокой точностью и стойкостью характеризуются металлический.

Выбор стержневой смеси. Для изготовления формы мы используем смесь, состоящую из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью, чтобы обеспечить их долговечность и различных добавок для предания свойств (прочность, газопроницаемость, пластичность). Состав нашей формовочной смеси мы выбираем из учебного пособия “Расчёт и конструирование литейной формы”.

Технологический процесс приготовления смеси:

1. Дозирование исходных компонентов и их смешивание в течении 5 минут.

2. Вылеживание для выравнивания по объёму влажности.

Смешивание осуществляется в катковых, шнековых, лопаточных смесителях.

Стержни в процессе заливки испытывают большие термические и механические воздействия, по этой причине к стержневым смесям предъявляют жесткие требования. Так как мы используем формовку “по - сырому”, то выбранная нами стержневая смесь имеет большую огнеупорность, податливость, небольшую гигроскопичность и хорошую выбиваемость. В состав смеси входят основные и связующие материалы. К основным относятся: повторная смесь, кварцевый песок, огнеупорная глина. К связующим относится - декстрин. Ниже приводим таблицу стержневой смеси, которую мы используем для изготовления нашего стержня.

Таблица 1

Состав смеси в весовых частях	Характеристика смеси
Основные материалы	Связующие материалы	Зерновой состав	Содержание глинистых составляющих в %	Газопрониицаемость в сыром состоянии	Предел прочности в кг/см	Влажность в %
Отработанная смесь	Кварцевый песок	Огнеупорная глина	Крепители				На сжатие в сыром состоянии
40	59	1	Декстрин 23	2К0016	10	70	0,3	45,5

Литература

1. Абрамов Г. Г. Справочник молодого литейщика. М.: Высш. шк., 1983.- 207 с.

2. Бречко А. А., Великанов Г. Ф. Формовочные и стержневые смеси с заданными свойствами. -Л.: Машиностроение, 1982.- 216 с.

3. Боровский Ю. Ф., Шацких М. И. Формовочные и стержневые смеси.- Л.: Машиностроение, 1980. 86 с.

4. Галдин Н. М., Чистяков В. В., Шатульский А. А. Литниковые системы и прибыли для фасонных отливок.- М.: Машиностроение, 1992.-256 с.

5. Головин С. Я. Краткий технологический справочник литейщика.-М.: Машгиз, 1960.- 240 с.

6. Дубицкий Г. М. Литниковые системы. - М.: Машгиз, 1962.-256 с.

7. Жуковский С. С., Анисович Г. А., Давыдов Н. И. и др. Формовочные материалы и технология литейной формы: Справочник. - М.: Машиностроение, 1993. - 432 с.

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

9. Рыжиков А. А. Технологические основы литейного производства. - М.: Машгиз, 1962. - 527 с.

10. Скарбинский М. Проектирование технологических процессов в литейном производстве. - М.: Машгиз, 1963. - 551 с.

11. Справочник по чугунному литью. Изд. 3-е/ Под ред. Н. Г. Гиршовича. -Л.: Машиностроение, 1978. - 758 с.

12. Титов Н. Д., Степанов Ю. А. Технология литейного производства. - М.: Машиностроение, 1985. - 400 с.

13. Чугун. Справ. Изд./ Под ред. А. Д. Шермана и А. А. Жукова. - М.: Металлургия, 1991. - 576 с.

14. ГОСТ 1215 - 79. Отливки из ковкого чугуна.

15. ГОСТ 1412 - 85. Чугун с пластинчатым графитом для отливок.

16. ГОСТ 2133 - 75. Опоки литейные. Типы и основные размеры.

17. ГОСТ 3212 - 92. Комплекты модельные. Уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров.

18. ГОСТ 3.1125 - 88. ЕСТД. Правила графического выполнения элементов литейных форм и отливок.

19. ГОСТ 2.306 - 68. ЕСКД. Обозначения графических материалов и правила их нанесения на чертёж.

20. ГОСТ 2.305 - 68. ЕСКД. Изображения - виды, разрезы, сечения.

21. ГОСТ 20084 - 74 - ГОСТ 20100 - 74. Плиты модельные чугунные. Конструкции и размеры.

22. ГОСТ 20131 - 80. Плиты модельные. Типы. Основные размеры. Технические условия.

23. ГОСТ 20146 - 74 -20175 - 74. Плиты модельные со сменными деревянными вкладышами. Конструкция и размеры.

24. ГОСТ 26645 - 85. Отливки из металлов и споавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку.

25. ГОСТ 20101 - 74 - 20121 - 74. Плиты модельные стальные. Конструкция и размеры.

26. ГОСТ 20122 - 74 - ГОСТ 20125 - 74. Штыри ( направляющие, центрирующие ) для модельных плит.

27. ГОСТ 20126 - 74. Втулки центрирующие для модельных плит. Конструкция и размеры.

28. ГОСТ 20127 - 74. Втулки направляющие для модельных плит. Конструкция и размеры.

29. ГОСТ 15497 - 91 - ГОСТ15500 - 91. Опоки литейные. Конструкция.

30. ГОСТ 19402 - 74 - ГОСТ -19410 - 74. Ящики стержневые.

Размещено на Allbest.ru