Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Аннотация
• Введение
• 1. Общая часть
• 1.1 Производственная программа цеха
• Результаты расчета приведены в приложении А, в таблицах 1 и 2.
• 1.2 Структура цеха. Транспортно-технологическая схема
• 1.3 Режим работы и фонды времени
• 2. Конструкторская часть
• 2.1 Обоснование способа производства
• 2.2 Анализ технологичности конструкции детали
• 2.3 Разработка технологии получения отливки ЛПВМ
• 2.3.1 Оформление чертежа "Элементы литейной формы"
• 2.3.2 Выбор типа и расчет литниково-питающей системы
• 2.3.3 Расчёт элементов питания методом вписанных сфер
• 2.3.4 Разработка чертежа отливки
• 2.3.5 Конструирование пресс-формы модели
• 2.3.6 Оценка экономической целесообразности разработанной технологии
• 3. Технология изготовления отливки Матрица
• 3.1 Технология изготовления модели
• 3.1.1 Подготовка исходных материалов
• 3.1.2 Приготовление модельной массы МВ
• 3.1.3 Выбор, расчет, характеристика оборудования и технология приготовления модельной массы
• 3.1.4 Изготовление модели детали
• 3.1.5 Контроль моделей и их отделка
• 3.1.6 Сборка модельных блоков
• 3.1.7 Контроль блоков
• 3.2 Технология изготовления керамической оболочки
• 3.2.1 Приготовление исходных материалов
• 3.2.1.1 Приготовление гидролизованного этилсиликата
• 3.2.1.2 Подготовка дистенсилиманита
• 3.2.2 Приготовление керамической суспензии
• 3.2.3 Обезжиривание модельных блоков
• 3.2.4 Нанесение керамического покрытия
• 3.2.5 Сушка блоков
• 3.2.6 Удаление модельной массы
• 3.2.7 Прокаливание оболочковых форм
• 3.2.7.1 Загрузка и выгрузка оболочек
• 3.2.8 Регенерация керамического покрытия
• 3.2.9 Формовка оболочек в опоку
• 3.3 Обоснование выбора сплава для заданной отливки
• 3.3.1 Общие подходы к выбору сплава
• 3.3.2 Механические и литейные свойства сплава
• 3.4 Плавка и заливка сплава
• 3.5 Охлаждение
• 3.6 Очистка отливки от керамики
• 3.6.1 Выбивка форм и отбивка керамики
• 3.6.2 Отрезка литниковой системы
• 3.6.3 Обдувка отливки электрокорундом
• 3.7 Разделка и заварка дефектов зачистка
• 3.8 Контроль качества отливок
• 3.8.1 Контроль химического состава сплава
• 4. Организация ремонтной службы оборудования и оснастки
• 5. Расчет площадей цеха
• 6. Складское хозяйство
• 6.1 Расчет складских площадей
• 7. Организация грузопотоков в цехе
• 8. Строительная часть
• 8.1 Элементы конструкции зданий
• 9. Организационно-экономическая часть
• 9.1 Технический уровень производства
• 9.2 Организация производства и управления
• 9.3 Расчет персонала цеха по категориям
• 9.4 Расчет фонда оплаты труда персонала цеха
• 9.5 Расчет стоимости основных производственных фондов
• 9.6 Расчет дополнительных капитальных затрат
• 9.7 Расчет материальных затрат
• 9.8 Расчет энергетических затрат
• 9.9 Смета цеховых расходов
• 9.10 Смета затрат на производство
• 9.11 Основные технико-экономические показатели
• 9.12 Расчет экономической эффективности внедрения новой техники и технологии
• 10. Безопасность и экологичность проекта
• 10.1 Обеспечение безопасности на рабочем месте
• 10.2 Идентификация и анализ опасных и вредных производственных факторов
• 10.2.1 Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны
• 10.2.2 Организация вентиляции
• 10.2.3 Организация отопления производственных и служебных помещений
• 10.2.4 Организация производственного освещения
• 10.2.5 Шум и вибрация
• 10.3 Мероприятия по снижению вредного воздействия рассмотренных ОВПФ
• 10.4 Расчет пылевой нагрузки
• 10.5 Расчет вентиляции
• Специальная часть выпускной квалификационной работы
• Введение
• 11. Обзор литературных источников
• 11.1 Шприцы пистолетного типа для запрессовки модельного состава
• 11.2 Установка с шестеренным насосом для приготовления модельного состава и изготовления моделей
• 11.3 Пневматический настольный пресс
• 11.4 Установка для запрессовки модельной массы
• 11.5 Шприц-машина модель 659А
• 11.6 Заключение по литературному обзору
• 11.7 Модернизация установки для запрессовки модельной массы
• 11.7.1 Описание работы модернизированной установки для запрессовки модельной массы
• 11.8 Аналитический расчет рабочего процесса устройства
• 11.8.1 Расход сжатого воздуха на запрессовку одной пресс - формы
• 11.8.2 Подбор шестеренчатого насоса
• 11.8.3 Расчет нагревательных элементов
• Заключение
• Список использованной литературы

Аннотация

В данной работе представлен проект цеха литья по выплавляемым моделям производительностью 120 тонн в год.

Пояснительная записка проекта включает: общую часть, конструкторскую часть, технологическую часть, строительную часть, организационно-экономическую часть, описание складского хозяйства, организацию грузопотоков в цехе и раздел охраны труда.

В общей части описаны такие вопросы, как: выбор и обоснование способа производства и технологичности процесса; назначение и характеристика проектируемого цеха с блок-схемой технологического процесса; производственная программа цеха; режимы и фонды времени работы оборудования и рабочих.

В конструкторской части рассмотрены вопросы: анализа технологичности конструкции детали; разработки технологии получения отливки ЛПВМ; разработки чертежа "Элементы литейной формы"; расчета литниковой системы; разработки чертежа отливки, проектирования пресс-формы модели; оценку экономической целесообразности разработанной технологии и расчет выхода годного, коэффициента использования металла, коэффициента использования заготовки.

Технологическая часть включает: транспортно-технологическую схему цеха; описание процессов, оборудования, технологий и производственную программу различных отделений цеха: плавильно-заливочного, термообрубного, лабораторий контроля отливок, ремонтной службы цеха.

В строительной части приводятся обоснование строительства помещений для площадей и унификация строительных элементов применяемых при обустройстве цеха.

Организационно-экономическая часть представляет экономическую оценку проектируемого цеха, раскрывая такие вопросы, как: организация производства и управления, расчет численности персонала цеха по категориям, расчет фондов заработной платы, расчет потребности в оборотных фондов, расчет материальных затрат, расчет себестоимости продукции, расчет сметы расходов на содержание и эксплуатацию оборудования, расчет сметы общецеховых расходов, смета затрат на производство, расчет себестоимости единицы продукции, технико - экономические показатели проектируемого цеха.

Рассмотрены вопросы: организации складского хозяйства цеха, организации грузопотоков в цехе, охраны труда.

проект цех литье деталь отливка

Введение

В данной работе разрабатывается технология получения отливки детали "Матрица”. Производится обоснование технологичности конструкции и способа производства отливки.

Литьем можно получить заготовки практически любой сложности с минимальными припусками на обработку. Это очень важное преимущество, так как сокращение затрат по обработке резанием снижает себестоимость изделий и уменьшает расход металла.

В 1940-1942 гг. началось освоение метода литья по выплавляемым моделям. Это связано в основном с необходимостью получения из трудно обрабатываемых жаропрочных сплавов лопаток авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).

В конце 40-х годов было освоено получение по выплавляемым моделям разнообразных мелких, преимущественно стальных отливок, например для мотоциклов, охотничьих ружей, швейных машин, а также бурового и металлорежущего инструмента. По мере развития и совершенствования процесса усложнялась конструкция изготовляемых по выплавляемым моделям отливок. В начале 60-х годов из жаропрочных сплавов на никелевой основе изготовлялись уже крупные цельнолитые роторы с бандажным кольцом. Для современного периода развития производства литья по выплавляемым моделям характерно создание крупных механизированных и комплексно автоматизированных цехов, предназначенных для массового и серийного выпуска отливок.

Промышленное применение этого метода обеспечивает получение из любых литейных сплавов сложных по форме отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов со стенками толщина которых в ряде случаев менее 1 мм, с шероховатостью от Rz=20 мкм до Ra=1.25 мкм (ГОСТ 2789-73) и повышенной точностью размеров (до 9-10-го квалитетов по ГОСТ 26645-88).

Наиболее целесообразным способом литья таких деталей является литье по выплавляемым моделям, поскольку отливки имеют большую степень конфигуративной точности и максимально приближены к деталям. Отходы металла в стружку у литых заготовок в 1,5-2 раза меньше чем у деталей, изготовленных из проката. Литые заготовки имеют более низкую себестоимость, чем другие виды заготовок.

Промышленное применение этого метода обеспечивает получение из любых литейных сплавов сложных по форме отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов со стенками толщина которых в ряде случаев менее 1 мм, с шероховатостью от Rz=20 мкм до Ra=1.25 мкм (ГОСТ 2789-73) и повышенной точностью размеров (до 9-10-го квалитетов по ГОСТ 26645-88).

Литьем можно получить заготовки практически любой сложности с минимальными припусками на обработку. Это очень важное преимущество, так как сокращение затрат по обработке резанием снижает себестоимость изделий и уменьшает расход металла.

Поскольку "Матрица" имеет сложную геометрическую форму, которую сложно и нецелесообразно получать механической обработкой, а также материал отливки труднообрабатываемый, поэтому заготовку нужно получить с минимальным припуском, ее получают литьем по выплавляемым моделям. Другой метод применять нецелесообразно.

Недостатком данного вида литья является низкая механизация и автоматизация технологических процессов.

Целью данной работы является разработка технологии получения отливки "Матрица" литьем по выплавляемым моделям.

1. Общая часть

1.1 Производственная программа цеха

Производственная программа литейного цеха рассчитывается на основе заданной мощности цеха в тоннах годного литья, выбранной номенклатуры отливок и их количества на условный машинный комплект.

Проектируемый цех литья по выплавляемым моделям имеет годовую мощность 120 тонн, номенклатура отливок выбрана в количестве 6 типов:

Таблица 1.1 - Параметры выбранных деталей

Наименование	Масса детали, кг	Масса отл., кг	Шт. на изделие	Масса на изделие, кг
Матрица	12	18	1	18
Рамка	25	43	1	43
Пуансон	16	20	1	20
Кольцо	40	60	1	60
Фланец	35	60	1	60
Корпус подшипника	42	75	1	75
Итого:	170	276		276

1. Количество отливок для выполнения годовой программы:

(1.1.1)

где М - годовая мощность цеха, т;

- масса отливки, т;

k_i - количество отливок на изделие, шт.

3. Количество отливок на изделие:

(1.1.2)

где - брак механических цехов, 5% (от литья на изделие));

б_з/ч - литье на запчасти, 10% от литья на изделие.

4. Масса отливок на изделие:

(1.1.3)

5. Количество отливок на запчасти:

(1.1.4)

6. Масса отливок на запчасти:

(1.1.5)

7. Количество отливок на брак механических цехов:

(1.1.6)

8. Масса отливок на брак механических цехов:

(1.1.7)

Результаты расчета приведены в таблице 1.2

На основе данных производственной программы цеха составляется баланс металла, который в свою очередь является производственной программой плавильного отделения. Баланс металла по цеху рассчитывается по следующим формулам:

1. Масса литников по программе:

(1.1.8)

где - вес отливки с литниковой системой, т.

2. Масса отливок на технологически неизбежный брак:

(1.1.9)

где - технологически неизбежный брак по отливке, %

=8,5%

3. Масса отливок на технологические потери:

(1.1.10)

где - процент технологических потерь, связанных с транспортировкой и разливкой металла, а также с переналадкой оборудования

=2,5%

4. Масса жидкого металла:

(1.1.11)

5. Масса угоревшего металла:

(1.1.12)

где - угар элементов шихты при плавке, %;

= 4 %.

6. Металлозавалка:

(1.1.13)

Результаты расчета приведены в таблице 1.3

Для расчета производственной программы отделений цеха литья по выплавляемым моделям определяется, какое количество изделий в пределах технологического процесса должно быть изготовлено с учетом всех технологических потерь. Для учета технологически неизбежного брака и потерь, вводятся коэффициенты технологических потерь, которые рассчитываются по отделениям и учитывают потери и брак не только по операциям в отделении, но и по всем последующим операциям.

1. Число модельных блоков на программу:

(1.1.14)

где

- число моделей в блоке.

2. Масса модельного состава на одну модель:

(1.1.15)

где - плотность модельного состава и материала отливки, г/см³.

3. Масса модельного состава на один блок:

(1.1.16)

где - объем литниковой системы и модельного стояка, дм³.

4. Масса модельного состава на программу:

(1.1.17)

5. Количество модельных блоков на программу с учетом потерь:

(1.1.18)

где R₄ = 1,42 - коэффициент технологических потерь на изготовление модельных блоков.

6. Количество модельного состава на программу с учетом потерь:

(1.1.19)

7. Количество оболочек на программу с учетом потерь:

(1.1.20)

где R₃ = 1,2 - коэффициент технологических потерь на изготовление форм.

8. Количество суспензии на программу с учетом потерь:

(1.1.21)

где V_ф - объем оболочковой формы, м^3,Бр_сус = 0,5% - потери при изготовлении суспензии.

9. Количество блоков отливок на программу с учетом потерь:

(1.1.22)

где R₂ = 0,6 - коэффициент технологических потерь на изготовление блоков отливок.

10. Количество отливок на программу с учетом потерь:

(1.1.23)

где R₁ = 1,1 - коэффициент технологических потерь на обрубке и отделке отливок.

11. Масса отливок на программу с учетом потерь:

(1.1.24)

12. Металлозавалка на программу с учетом потерь:

(1.1.25)

где б_{у, тп} - общий процент угара и технологических потерь.

Результаты расчета приведены в приложении А, в таблицах 1 и 2.

1.2 Структура цеха. Транспортно-технологическая схема

Весь технологический процесс изготовления отливок, начиная от получения моделей и заканчивая отгрузкой готовых отливок, осуществляется в одном цехе.

Цех состоит из четырех основных производственных подразделений:

1. Модельное;

2. Отделение изготовления оболочковых форм;

3. Плавильно-заливочное;

4. Обрубное.

В состав помещений литейного цеха производства отливок литьем по выплавляемым моделям входят: производственные, вспомогательные и складские помещения.

Вспомогательное отделение состоит из участков подготовки шихты, приготовления огнеупорной массы, удаления отходов, ремонтные службы цехового механика и энергетика, трансформаторная и насосная станция, вентиляционные и пылеочистные установки, пульты управления, инструментальная, цеховая лаборатории.

Склады цеха литья по выплавляемым моделям: модельной массы, пресс-форм, огнеупоров, цехового механика и энергетика, готовых отливок, кладовые вспомогательных материалов.

1.3 Режим работы и фонды времени

В проектируемом цехе литья по выплавляемым моделям применяется параллельный режим работы цеха (все технологические операции по изготовлению изделия идут параллельно друг другу). Номенклатура деталей указана в таблице 1.1.

В соответствии с Трудовым Кодексом для трудящихся на машиностроительных заводах, в том числе и для литейных цехов, установлена продолжительность рабочей недели 40 часов, с продолжительностью смены 8 часов, в предпраздничные дни - 7 часов.

При проектировании применяют три вида годовых фондов времени работы оборудования и рабочих:

1) календарный Ф_к = 36524=8760 ч.

2) номинальный Ф_н, являющийся временем (в часах), в течение которого может выполняться работа по принятому режиму, без учета неизбежных потерь;

3) действительный Ф_д, определяемый путем исключения из номинального фонда неизбежных потерь времени для нормально организованного производства.

При 40-часовой рабочей неделе Ф_н составляет 3698 часа при работе в две смены, 5547 час при трех сменах.

Для определения Ф_д работы оборудования из Ф_н условно исключают время пребывания оборудования в плановых ремонтах, установленное нормами системы планово-предупредительных ремонтов. Простои оборудования, вызванные недостатками в организации производства по внешним причинам, при определении Ф_д не учитывают. Все проектные работы ведут относительно Ф_д работы оборудования и рабочих.

Режим работы спроектированного цеха должен соответствовать режиму работы предприятия. Данный цех спроектирован для работы в две и три смены.

Результаты расчета фондов времени по проектируемому цеху приведены в таблицах 9.1 и 9.2.

При расчете фонда рабочего времени одного работающего, помимо трех вышеупомянутых фондов времени используют так называемый эффективный фонд времени, который учитывает потери рабочего времени, связанные с отпусками (очередными, административными, по учебе, по болезни, в связи с родами), а также с различными гособязанностями.

Расчет Ф_эф одного работающего представлен в таблице 9.3.

2. Конструкторская часть

2.1 Обоснование способа производства

Многие детали современных машин, аппаратов и приборов изготовить механической обработкой либо невозможно, либо очень длительно и дорого. На помощь приходит литейное производство. Литая деталь может быть получена различными методами: литьем в песчаные формы, литьем в кокиль, литьем в оболочковые формы, литьем по выплавляемым моделям. Выбор способа литья выбирается характером производства детали: индивидуальное, серийное, массовое.

Наиболее целесообразным способом из всех приведенных способов изготовления детали, является литье по выплавляемым моделям, так как только при этом способе литья возможно получение детали:

из жаропрочного сплава с направленной (монокристаллической) структурой;

с высокой чистотой и точностью поверхности.

Промышленное применение этого метода обеспечивает получение из любых литейных сплавов, сложных по форме отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов, со стенками, толщина которых в ряде случаев менее 1 мм, с шероховатостью от Rz=20 мкм до Ra=1,25 мкм (ГОСТ 278973) и повышенной точностью размеров (до 910-го квалитетов).

Вследствие химической инертности и высокой огнеупорности оболочек форм, пригодных для нагрева до температур, превышающих температуру плавления заливаемого сплава, создается возможность эффективно использовать методы направленной кристаллизации, управлять процессом затвердевания для получения герметичных прочных тонкостенных точных отливок, либо монокристаллических деталей с высокими эксплуатационными свойствами. Указанные возможности метода позволяют максимально приблизить отливки к готовой детали, а в ряде случаев получить готовую деталь, дополнительная обработка которой не требуется. Вследствие этого резко снижаются трудоемкость и стоимость изготовления изделий, уменьшается расход металла и инструмента, экономятся энергетические ресурсы, сокращается потребность в рабочих высокой квалификации, в оборудовании, приспособлениях, производственных площадях.

Отливки по выплавляемым моделям изготовляют практически из всех литейных сплавов: углеродистых и легированных сталей, коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов, чугуна, цветных сплавов и др.

В связи с тем, что "Матрица" изготавливается из сплава ЖС6У имеет большие габариты, единственным рациональным способом ее изготовления на сегодняшний день является литье по выплавляемым моделям. [9]

2.2 Анализ технологичности конструкции детали

Под технологичностью отливки понимают соответствие ее конструкции требованиям литейного производства.

Литьем по выплавляемым моделям называется способ изготовления отливок путем, заполнения расплавленным металлом разовых форм, полученных по разовым выплавляемым (растворяемым, выжигаемым) моделям и подвергнутых перед заливкой прокаливанию при высоких температурах. Разработка технологического процесса изготовления отливки начинается с анализа технологичности конструкции детали. Технологичной является такая конструкция детали, которая позволяет изготовить отливку, отвечающую требованиям, предъявляемым к точности, шероховатости поверхности и физико-механическим свойствам металла и качеству при наименьших затратах производства.

Оценка технологичности заключается в следующем:

1) проверка толщины стенки отливки во всех сечениях;

2) проверке равномерности сечения в различных местах конструкции;

3) анализ конфигурации отливки. [1]

Толщина стенок проверяется с целью установки возможности получения детали литьем по выплавляемым моделям. Наименьшая толщина стенок отливки, которая может быть выполнена в отливке, равна 0,5…0,7 мм. В рассматриваемой отливке "Матрица" - толщина стенок составляет 70 мм, что является допустимой толщиной. По данному показателю деталь технологична.

Причина изготовления отливки методом литья по выплавляемым моделям является ее серийность снижение трудоемкости и стоимости изготовления изделия.

2.3 Разработка технологии получения отливки ЛПВМ

Рисунок 2.1 - Общая схема технологического процесса

2.3.1 Оформление чертежа "Элементы литейной формы"

Оформление чертежа производится в соответствии с ГОСТом 31125-88 "Правила графического выполнения элементов литейной формы и сплавов”.

Согласно указанным правилам, чертеж элементов литейной формы выполняется на карте заготовки или на копии чертежа детали. Надпись "Элементы литейной формы" помещается над основной надписью чертежа.

Литниковую систему изображают в масштабе чертежа сложной тонкой линией. Если близкое расположение и необходимо изображать литниковую систему в масштабе, то разрешается изображать ее без учета масштаба.

Припуски на механическую обработку изображаем сплошной тонкой линией. Припуски назначаем на самые тонкие поверхности, чтобы упрочнить отливку.

Точность отливки регламентируется ГОСТ 26645-88. Величина припуска на механическую обработку устанавливаем на основании данного ГОСТа, в зависимости от допуска и размеров отливки для обработки каждого элемента. Класс точности отливок на размеры и припуск зависит от способа литья отливки (5-6-5-4 ГОСТ 26645-85). Припуски назначаем только на те поверхности которые подвергаются впоследствии механической обработке.

2.3.2 Выбор типа и расчет литниково-питающей системы

Литниково-питающая система (ЛПС) служит для обеспечения заполнения литейной формы металлом с оптимальной скоростью, исключающей образование в отливке недоливов и неметаллических включений, и компенсации объемной усадки в период затвердевания отливки с получением в ней металла заданной плотности. ЛПС должна также удовлетворять требованиям технологичности при изготовлении моделей, форм и отливок. Необходимо стремиться к уменьшению ЛПС, так как излишнее их развитие ведет к перерасходу металла, завышению затрат труда, низкой эффективности использования оборудования и площадей.

При выборе конструкции ЛПС необходимо стремиться к соблюдению следующих принципиальных положений, направленных на получение годных отливок и на экономичность их производства:

1) обеспечивать принцип направленного затвердевания, т.е. последовательного затвердевания от наиболее тонких частей отливки через ее массивные узлы к прибыли, которая должна затвердевать последней;

2) наиболее протяженные стенки и тонкие кромки ориентировать в форме вертикально, т.е. наиболее благоприятно для их спокойного и надежного заполнения;

3) создавать условия для экономичного и механизированного производства отливок, в том числе: унификацию типов размеров ЛПС и их элементов с учетом эффективного использования оснастки, имеющегося технологического оборудования, печей; возможность применения модельных блоков и форм с металлическими каркасами; удобство выполнения и минимальный объем механической обработки при отрезке отливок и последующем изготовлении из них деталей.

По классификации [1] существует семь типов ЛПС: с центральным стояком, с горизонтальным коллектором, с вертикальным коллектором и другие.

Для исследуемой детали выбираем систему VI типа (верхняя прибыль). Эта прибыль представляет собой резервуар металла над главным тепловым узлом отливки, получаемой в одноместной форме. Металл в прибыль заливают из ковша. Сосредоточение наиболее горячего расплава в верхней части прибыли приводит к созданию в форме наиболее благоприятного для питания отливки градиента температур. Отличаясь вследствие этого высокой питающей способностью, верхняя прибыль надежно обеспечивает получение плотного металла крупных высоконагруженных литых деталей.

На чертеже литниковую систему выполняем сплошной тонкой линией. Сечения элементов литниковой системы выносим на поле чертежа, они не штрихуются. У каждого сечения элементов литниковой системы допускается указывать площадь сечения в квадратных сантиметрах, количество сечений и их суммарную площадь.

2.3.3 Расчёт элементов питания методом вписанных сфер

Диаметр сферы вписанной в верхний узел, определяется по чертежу отливки. Для обеспечения полного заполнения формы диаметр сферы выбирается наибольший и составляет:

D_у= 70мм.

Шейка прибыли рассчитывается по следующим формулам:

§ Толщина (диаметр):

a_ш= (1.1,2) хD_у= (1.1.2) х70=70.84мм

Примем a_ш=70мм.

§ Ширина:

b_ш=a_ш=70мм.

§ Высота:

h_ш= (0,2.0,5) хD_у= (0,2.0,5) х70=14.35мм

Примем h_ш=20мм.

Прибыль:

§ Толщина нижнего основания:

a_п=k₁хD_у=1,55х70=108мм,

где k₁=1,55 - коэффициент, отражающий характер и величину усадки сплава [1].

§ Ширина нижнего основания:

b_п=a_п=108мм;

§ Угол при вершине конуса: =10.15.

§ Высота прибыли:

h_n= (2,5.3) хD_у= (2,5.3) х70=175.210мм.

Принимаем h_n= 180мм.

§ Радиус действия прибыли:

r_д=k₃хD_У=2,5х70=175мм,

где k₃=2,5 - коэффициент, отражающий характер и величину усадки сплава.

2.3.4 Разработка чертежа отливки

Чертеж отливки выполняем на основании чертежа элементов литейной формы. Он содержит технические требования и все данные необходимые для изготовления, контроля и приемки отливки. [4]

При вычерчивании отливки все припуски и допуски учитывают с указанием их величины, в соответствие с ГОСТом 26645-88. Припуски назначают на механическую обработку, усадку сплава.

Внутренний контур обрабатываемых поверхностей, а также отверстий, впадин и выточек, не выполняемых в литье, вычерчиваем сплошной тонкой линией. Остатки питателей, выпоров, промывников, стояков и прибылей, если они не удаляются полностью в литейном цехе, - вычерчиваем тонкой линией. При обрезке резцом, дисковой фрезой, пилой и т.д. линию реза выполняем сплошной тонкой линией; при огневой резке - сплошной волнистой линией.

2.3.5 Конструирование пресс-формы модели

Пресс-форма - форма для изготовления выплавляемых моделей. Они должны отвечать следующим основным требованиям: обеспечивать получение моделей с заданной точностью и чистотой поверхности; иметь минимальное число разъёмов при обеспечении удобного и быстрого извлечения моделей; иметь устройства для удаления воздуха из рабочих полостей; быть технологичными в изготовлении, долговечными и удобными в работе.

При серийном и массовом производстве отливок рекомендуется изготовлять пресс-формы по эталону, из металлических легкоплавких сплавов. В таких пресс-формах можно изготовить до нескольких тысяч моделей с удовлетворительной точностью.

Пресс-форму проектируют на основании чертежа отливки, который составляется по чертежу детали. На чертеже указывают плоскость разъёма пресс-формы, припуски на обработку, базовую поверхность, место подвода металла, размеры элементов литниковой системы (обычно питателей), и технические требования, предъявляемые к отливке.

Пока еще нет способа расчета полости пресс-форм, который бы гарантировал получение отливок с размерами, отвечающими чертежу. В зависимости от принятой технологии колеблется усадка модельного состава и металла, изменяется расширение оболочковой формы. Изменение этих величин зависит от модельного состава, материала формы, способа уплотнения наполнителя, вида и температуры заливаемого металла, а также от геометрической формы самой детали и расположения ее в литейном блоке.

Формообразующие поверхности пресс-форм, изготовляемых на металлорежущих станках, необходимо полировать. Сопрягаемые поверхности пресс-форм (стыковые), поверхность штырей, втулок, колодок и других подвижных частей следует выполнять с шероховатостью Ra = 0,8-0,4 мкм; поверхности, образующие литниковую систему, с Ra = 1,6-0,8 мкм; остальные нерабочие части пресс-форм можно выполнять с Rz = 40-10 мкм.

Для детали "Матрица" с проектирована одногнёздная алюминевая пресс-форма с вертикальным разъёмом.

2.3.6 Оценка экономической целесообразности разработанной технологии

При проектировании технологического процесса необходимо провести оценку экономической целесообразности, т.е. произвести приблизительную оценку разработанной технологии по признаку рационального расходования металла.

Известно: вес отливки равен 18 кг,

вес литниково-питающей системы равен 40 кг,

вес детали по чертежу равен 12 кг.

Выход годного:

(2.3.6.1)

где Q_отл - вес отливки, кг

Q_{ж. м. -} вес жидкого металла, приходящегося на одну отливку:

, (2.3.6.2)

где Q_{л. с. -} вес литниково-питающей системы, кг.

ВГ =18/ (18+ 40) *100% = 31%.

Коэффициент использования заготовки:

, (2.3.6.3)

где Q_дет - вес детали по чертежу, кг.

КИЗ = 12/18 = 0,66.

Коэффициент использования металла:

, (2.3.6.4)

где Q_{н. р. -} норма расхода металла на одну деталь (отливку):

, (2.3.6.5)

где g_оп - масса безвозвратных потерь и неиспользуемых отходов, кг:

Q_{н. р.} = 20;

КИМ = 18/20 =0,9

В результате получили: выход годного составил 31%, коэффициент использования заготовки 0,66, коэффициент использования металла 0,9.

На основе полученных значений можно сделать вывод, что разработанный технологический процесс является экономически целесообразным по признаку рационального расходования металла.

3. Технология изготовления отливки Матрица

3.1 Технология изготовления модели

3.1.1 Подготовка исходных материалов

В условиях данного производства для изготовления моделей используется модельный состав, исходными материалами которого являются: карбид марки А гранулированный ГОСТ 2081 (далее по тексту мочевина), состав модельный ЗГВ - 101, масса модельная регенерированная (далее по тексту регенерат).

К свойствам модельного состава предъявляется комплекс требований, которые зависят от конфигурации, размеров и назначения отливки, необходимой размерной точности, вида производства, принятого технологического варианта процесса изготовления оболочек форм, требований к уровню механизации и экономическим показателям производства. Свойства данного модельного состава достаточно обеспечивают получение качественных моделей при одновременной технологичности состава (простоте его приготовления, удобстве использования, возможности утилизации).

1. Приготовление мочевины.

Дробление мочевины.

Ссыпают мочевину из мешка в ларь, затем ее раздробляют молотком на куски размером не более 202020мм.

Размол мочевины.

Пересыпают мочевину в вибромельницу ВМ-50 совком. Открывают вентиль охлаждения вибромельницы, нажимают кнопку "вкл." и производят помол в течение 30-50 минут. В завершении процесса нажимают кнопку "стоп" и закрывают вентиль охлаждения вибромельницы.

Сушка мочевины.

Ссыпают мочевину в тару совком, высота насыпного слоя 15см не более. Устанавливают тару с мочевиной в сушильный шкаф и подсушивают при температуре 60 - 80С 2 часа, не менее, при включенной вытяжной вентиляции и рециркуляции воздуха. Контроль режима сушки осуществляют при помощи потенциометра КСПЗ ГОСТ7164, работающего в автоматическом режиме. Естественным путем мочевину остужают до комнатной температуры. Тару с подсушенной мочевиной хранят в сушильном шкафу.

Рассев мочевины.

Мочевину совком загружают в бегуны и размельчают в течение 10 - 15 минут. Подставляют под желобок вибрационного сита тару, затем загружают размельченную мочевину совком в сито и включают, нажав на кнопку "Пуск". Просеяв мочевину, нажимают кнопку "Стоп" вибрационного станка. Просеянную мочевину ссыпают в тару и ставят в сушильный шкаф.

Размельчение и просеивание мочевины производится непосредственно перед процессом приготовления модельной массы.

2. Подготовка модельного состава ЗГВ - 101.

Включают обогрев печи, открыв вентиль подачи пара. Давление пара по манометру должно быть 0,1мПа (1кгс/см²). Загружают модельный состав впечь, максимальная загрузка 40кг или не более 3/4 объема ванны печи. Затем модельный состав доводят до полного расплавления, периодически помешивая лопаткой. При достижении полного расплавления модельного состава замеряют его температуру термометром. Температура должна быть 80 - 100С. В завершение процесса давление пара снижают до 0,04 - 0,05мПа (0,4 - 0,5кгс/см²), прикрыв вентиль подачи пара.

Примечания:

подготовку модельного регенерата производят аналогично,

модельный состав ЗГВ - 101 и регенерат готовят в разных печах,

неиспользованный расплавленный модельный состав разрешается хранить в печи при давлении пара не более 0,05мПа (0,5кгс/см²),

допускается при необходимости подготовку модельного состава ЗГВ - 101 вести с добавлением 1 (от массы состава) триэтаноламина при температуре 90 - 100С с тщательным перемешиванием, в течение 10 - 15 минут.

3.1.2 Приготовление модельной массы МВ

Предварительное приготовление модельного состава состоит в поочередном расплавлении составляющих с последующей подачей на операцию приготовления пастообразного состава. Для получения данной отливки наиболее целесообразными являются модельные составы 1-й группы. Модельные составы других групп имеют ряд недостатков: имеют высокую температуру каплепадения, смачиваемость суспензией и высокий коэффициент расширения при нагреве, высокую вязкость и др. Будем использовать модельную массу ЗГВ-101, как наиболее полно отвечающую поставленным требованиям.

Модели из модельной массы ЗГВ-101 получаются прочными, теплостойкими, точными, с твердой и чистой поверхностью, при хранении в сухом месте хорошо сохраняют качество поверхности и размерную точность.

Для приготовления модельной массы МВ используют модельный состав ЗГВ - 101, и мочевину. Соотношение модельного состава ЗГВ - 101 и мочевины 1: 1 по массе.

Примечания:

для элементов литниковой системы модельную массу МВ готовят из модельного регенерата,

модельную массу из ЗГВ - 101 и из модельного регенерата готовят в разных термостатах.

Последовательность процесса.

1. Включают термостат с глицериновым обогревом. Индекс потенциометра КСП - 3 устанавливают на температуру 75 - 80С. Расплав модельного состава перемешивают в печи лопаткой для полного исчезновения нерасплавленных кусков и осадка.

2. Устанавливают ведро у носка печи, наклоняют печь поворотом рычага и наполняют его модельным составом. Затем ведро с содержимым взвешивают и фиксируют результат на листке. Выливают расплав в термостат, не допуская пролива, и взвешивают пустое ведро, также фиксируя результат.

3. Вычисляют количество модельного состава. При необходимости (если залитого в термостат количества модельного состава недостаточно) повторяют операцию. Рекомендуемое количество модельного состава, залитого в термостат 8-12 кг, но не более 14 кг.

4. Измеряют температуру модельного состава термометром. Температура расплава перед загрузкой мочевины должна быть 75 - 85С.

5. В предварительно взвешенное пустое ведро совком загружают мочевину. Взвешивают ведро с мочевиной и отмеренное количество совком загружают в ванну термостата в 2 или 3 приёма, перемешивая массу лопаткой после каждой загрузки.

6. Устанавливают мешалку над ванной термостата и опускают её, нажав на кнопку "Вниз", до полного погружения лопастей. Закрывают крышкой термостат и включают мешалку.

7. Перемешивают смесь по всей высоте до получения однородной массы. В готовой модельной массе не допускается наличие комочков мочевины. Время перемешивания 20 - 30 минут.

В связи с высокими требованиями к размерной точности и качеству поверхности отливки, систематически контролируется качество исходных материалов, и проверяются свойства модельного состава. Контролируют прочность, пластичность, твердость, теплоустойчивость, температуру размягчения, плавления, воспламенения, кипения, вязкость, плотность, зольность, жидкотекучесть, объемную и линейную усадку, расширение при нагреве, качество поверхности моделей или специальных образцов.

3.1.3 Выбор, расчет, характеристика оборудования и технология приготовления модельной массы

Для приготовления модельной массы используем установку модели ПБ 1646, характеристика которой приведена в таблице 3.1

Таблица 3.1 - Техническая характеристика установки модели ПБ 1646:

Параметры
Наибольшая производительность, л/ч	63
Наибольшее давление в мазепроводе, Мпа	1
Температура модельной массы на выходе, ?С	70-80
Содержание воздуха в модельной массе, %	0-20
Температура воды в насосно-нагревательной станции, ?С	40-90
Давление пара, Мпа	0,11-0,14
Температура пара, ?С	100-110
Расход: пара, кг/ч сжатого воздуха, м3/ч воды, м3/ч	25 0,5 1
Мощность нагревателей, кВт	24
Установленная мощность, кВт	34,1
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	1100 900 1300
Масса, кг	500

Расчет потребного количества оборудования производится по формуле:

Р_р=38324,24/ (1812*20) =1,06;

R_з = 1,06/2 = 0,53.

Т.о. необходимое количество установок для приготовления модельного состава равно 2.

3.1.4 Изготовление модели детали

Процесс изготовления моделей в пресс-формах включает подготовку пресс-формы, введение в ее полость модельного состава, выдержку модели до затвердевания, разборку пресс-формы и извлечение модели, а также охлаждение модели до температуры производственного помещения.

Требования к пресс - формам.

В работу допускаются пресс-формы с наличием оформленного паспорта с заключением о её годности. Перед началом работы проверяют состояние пресс-формы, на её рабочих частях не должно быть забоин, глубоких рисок и других дефектов, ухудшающих геометрию и внешний вид модели. Зажимные приспособления должны быть исправными. На формообразующих поверхностях и плоскостях разъёма пресс-формы не допускаются остатки модельной композиции. Перед работой смазывают рабочие полости пресс-формы при помощи кисти смазкой состава: эфиральдегидная фракция (далее ЭАФ) - 95 - 97%, касторовое масло - 3 - 5%. Необходимо учесть, что обильная смазка ухудшает качество поверхности моделей.

Пресс-форму собирают в строгой последовательности для данного типа. Зажимы должны быть плотно завернуты, при необходимости с помощью ключей.

Температура пресс-формы оказывает важное, часто решающее влияние на качество моделей. Пресс-формы перед началом работы обычно подогревают введением в них модельного состава. При этом первые (одна - две) модели направляются на переплав.

Оптимальная температура пресс-формы зависит от свойств состава и формы моделей. Для данного модельного состава она находится в пределах 22 - 28єС. Колебания температуры пресс-формы вызывают снижение размерной точности моделей, а низкая температура ее увеличивает внутренние напряжения в моделях и приводит к короблению и образованию трещин в них.

За время разборки для выема моделей и сборки пресс-формы обычно не успевают охладиться до оптимальной температуры. Поэтому применяют принудительное охлаждение их погружением в воду или обдувкой.

Запрессовка модельной композиции.

Запрессовку модельной композиции МВ производят на пневмопрессах. Собранную пресс-форму устанавливают на столе пресса так, чтобы заливочное отверстие находилось под штоком пневмопресса. Далее подбирают стакан для запрессовки модельной композиции в зависимости от объема модели, или согласно указаниям в подетальной технологии. Ход штока должен обеспечивать заполняемость пресс-формы с минимальным остатком модельной композиции (далее по тексту пресс-остаток) в стакане. Смазывают пуансон и стакан смазкой, ставят стакан на пластину, загружают в него модельную композицию совком из термостата или раздаточной печи. Температуру модельной композиции поддерживают в пределах 60 - 85С при помощи потенциометра КСПЗ. В процессе работы производят периодическое перемешивание модельной композиции механической массомешалкой.

Устанавливают стакан с порцией модельной композиции на заливочное отверстие, вставляют в стакан пуансон и производят запрессовку. Делают выдержку под давлением. Далее давление убирается, стакан снимается, вытаскивается пуансон и удаляется пресс-остаток.

Запрессовку модельной массы производится на пневмопрессах М31

Расчет потребного количества оборудования производится по формуле:

где Q - годовой объем работ выполняемых на данном виде оборудования, шт.;

Ф_{д -} действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;

В_р - расчетная производительность (на 10 % меньше паспортной);

R_{H -} коэффициент неравномерности;

для серийного производства:

R_H = 1 - 1,2;

Р_р = (130933,7·1) / (2030·20) = 1,22;

Интенсивность использования оборудования, относительно действительного фонда времени регламентируется коэффициентом загрузки R_з, он должен быть в пределах

(0,8 - 0,85):

R_з = 1,22/2 =0,61.

Т.о. необходимое количество прессов 2 штук.

Таблица 3.2 - Техническая характеристика пневмопресса М31

Параметры
Наибольшая производительность: по числу запрессовок в час	250
Усилие выдавливания массы, Па	(1-4) - 105
Наибольший объем запрессовки, л	10
Усилие поджатия пресс-формы, кг	1300
Температура модельного состава на выходе, ?С	70
Установленная мощность, кВт	1,5
Диаметр цилиндра, мм	175
Ход поршня, мм	150
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	1010 590 1556
Масса, кг	1750

3.1.5 Контроль моделей и их отделка

Отделку моделей и подготовку их к сборке проводят совместно контролем их качества. Зачищать модели и контролировать их качество следует только после их выдержки до полного охлаждения - не менее 5 часов.

На моделях не допускаются трещины, неспаи, незаливы, утяжины, коробление и другие грубые дефекты.

Заусенцы и облой на моделях устраняют по плоскостям разъёма пресс-формы ножом. Дефекты и шероховатость на поверхностях модели отливки затирают при помощи горячего ножа и чистой салфетки, используя модельный состав: церезин 50 - 80%, вазелин 20 - 50%. Для нагрева ножей используют электроплиту.

На модели допускается заделка единичных дефектов в виде воздушных пузырей, утяжек, царапин, мелких не сквозных трещин и т.п. модельным составом КПЦ - 1б, не нарушая размеров модели отливки.

Для удаления крошек, модель протирают марлей или салфеткой и обдувают сжатым воздухом.

3.1.6 Сборка модельных блоков

Подбирают необходимые элементы литниковой системы для сборки блока согласно подетальной технологии.

Сборку моделей в блоки производят по фотоэталону или эскизу согласно инструкции с использованием "паука". Проверяют наличие литых номеров деталей (штампов). На модель литниковую систему (прибыль) и на образец для химического анализа иглой пишут порядковый номер отливки, марку сплава.

В прибыли делают воздухоотводы для удаления воздуха из полости модельного блока во время воздушно - аммиачной сушки.

Для увеличения адгезии на прибыль модели рамки иглой наносят сетку (глубина риски до 1мм ориентировочно, размеры ячеек менее 3030мм ориентировочно).

Собирают блок на "паук" с помощью паяльника согласно эскизу подетальной технологии, контрольному образцу на сборку блока. При необходимости места пайки промазывают модельным составом КПЦ-1б с помощью кисти. Не допустимы поднутрения на блоках, трещины, раковины, зазоры в местах пайки, подтеки модельной композиции и повреждения горячим паяльником. При припаивании модели необходимо зачищать место спая, выполняя плавные переходы от питателя на модель.

Припаивают к литниковой системе образец на химический анализ, согласно подетальной технологии.

На всех элементах литниковой системы чертилкой указывают индекс материала.

Собранный блок обдувают сжатым воздухом и протирают сухой салфеткой для удаления с поверхности крошек. Далее необходима выдержка для полного охлаждения всех частей модельного блока до температуры производственного помещения. Собранный необлицованный блок хранят не более 7 суток.

3.1.7 Контроль блоков

Проверяют внешним осмотром качество и правильность сборки модельного блока согласно эскизам и фотоэталонам. К обязательной проверке относится также проверка качества склейки элементов литниковой системы с моделью визуально. Здесь не допускаются трещины, неспаи, подтеки, раковины. Проверяют наличие и правильность маркировки индекса материалов на детали и на всех элементах литниковой системы.

3.2 Технология изготовления керамической оболочки

Литейная форма - инструмент для обработки расплава металла в целях получения отливок с заданными размерами, шероховатостью поверхности, структурой и свойствами. Основа способа литья по выплавляемым моделям - оболочка: неразъемная, горячая, негазотворная, газопроницаемая, жесткая, с гладкой контактной поверхностью, точная.

Известны два типа оболочек в зависимости от способа их изготовления: многослойные, получаемые нанесением суспензии с последующей обсыпкой и сушкой, и двухслойные, получаемые электрофоретическим способом.

В данной технологии используется многослойная оболочка. Поверхность блока моделей смачивают суспензией окунанием и тут же обсыпают зернистым материалом. Суспензия прилипает к его поверхности и точно воспроизводит конфигурацию; зернистый же материал внедряется в слой суспензии, смачивается ею, фиксирует суспензию на поверхности блока, создает скелет оболочки и утолщает ее.

3.2.1 Приготовление исходных материалов

3.2.1.1 Приготовление гидролизованного этилсиликата

Исходные материалы:

§ Этилсиликат 40 ГОСТ 26376-80;

§ Растворитель - спирт этиловый (головная фракция);

§ Кислота соляная - ГОСТ 3118-77;

§ Вода дистиллированная;

§ Кислота уксусная.

1. Гидролиз ЭТС

Гидролиз это процесс замещения содержащихся в этилсиликате этоксильных групп (С₂Н₅О) гидроксильными (ОН), содержащимися в воде.

Гидролизу подвергают этилсиликат для придания ему свойств связующего. Гидролиз сопровождается поликонденсацией (объединение различных или одинаковых молекул в одну с образованием полимеров и выделением простейшего вещества)

Si (C₂H₅O) ₄ + H₂O = Si (C₂H₅O) ₃OH + C₂H₅OH

или:

Таблица 3.3 - Состав гидролизованного ЭТС40

ЭТС40	1 л	ГОСТ 2637174
ЭАФ	1,15 л	ОСТ 1812180
Н2О	80 мл	-
HCl	40 мл	ГОСТ 311872

Гидролиз этилсиликата для получения связующих растворов проводят подкисленным раствором воды в спирте или ацетоне, так как этилсиликат и вода хорошо растворяются в них. Для ускорения реакции гидролиза применяют кислоты, чаще всего соляную кислоту HCl. Обычно гидролизованный раствор этилсиликата (ЭТС) содержит 0,20,3 % HCl.

Последовательность процесса.

Приготовление подкисленной воды: отмеренное количество кислоты вливают в дистиллированную воду и смешивают. Добавляют подкисленную воду растворителя в количестве 10 % от общего количества растворителя и тщательно перемешивают. Заливают в гидролизер Ѕ часть ЭТС-40, включают перемешивание и вливают Ѕ часть подкисленной воды. Смесь перемешивают в течение 8.10 минут. Вливают в гидролизер Ѕ часть общего количества растворителя, предназначенного для разбавления ЭТС-40 и оставшуюся часть исходного ЭТС-40. Перемешивают 2.3 минуты. Вливают в гидролизер оставшуюся часть подкисленной воды, смесь перемешиввают в течение 8.15 минут. Вливают оставшуюся часть растворителя, смесь перемешивают в течение 10.15 минут. Выключают гидролизер. Общее время гидролиза 35.40 минут, температура гидролиза 45 С. Сливают гидролизат в полированные емкости и охлаждают до комнатной температуры.

Срок годности гидролизата не более 3-х суток, с момента его изготовления.

Гидролизат должен обеспечивать следующие показатели: