для производства рабочих операций по изготовлению и сборке формы при индивидуальном и мелкосерийном производстве.

Чертеж расположения моделей и литниковой системы на модельной плите служит для монтажа моделей отливки и литниковой системы и подбора необходимого типоразмера опок.

Чертеж отливки служит для разработки технологического процесса ее изготовления, механической обработки и приемки ОТК.

Чертеж собранной формы в состоянии готовности к заливке служит для разработки пооперационного технологического процесса ее изготовления и сборки, размещения отдельных элементов (стержней, холодильников, жеребеек и т.п.), установки прибылей, выпоров, элементов литниковой системы. В соответствии с этим чертежом выполняются рабочие операции в формовочно-сборочном отделении цеха при серийном или массовом производстве отливок.

Эскизы стержней служат для разработки пооперационного процесса их изготовления и осуществления рабочих операций в стержневом отделении, а также для изготовления стержневых ящиков.

Чертежи моделей, стержневых ящиков, вкладышей, шаблонов, кондукторов, заливочных устройств, драйеров, модельных плит, опок, холодильников, жеребеек, крепежных приспособлений служат для изготовления этих элементов модельно-литейной оснастки.

Чертежи модельных плит и опок служат для изготовления этих элементов литейно-модельной оснастки, если они изготовляются не в соответствии со стандартами, а применительно к используемой в цехе формовочной линии. Стандартные опоки и модельные плиты изготовляются в соответствии с ГОСТ 2133-75.

Принципиальная технологическая схема работы литейной машины, агрегата, поточной линии изготовляется студентом по согласованию с научным руководителем, если она представляет собой нетрадиционную конструкцию, отличающуюся от стандартной. Например, для формовки применяется агрегат, сконструированный с применением какого-то нового способа уплотнения литейной формы. В этом случае по согласованию с научным руководителем студент выполняет на 3-м листе схему этого агрегата или машины.

Комплект чертежей литейно-модельной технологической разработки варьируется обычно в зависимости от конкретных производственных условий:

1) при массовом и крупносерийном производстве выполняются все перечисленные выше виды чертежей применительно к данному технологическому процессу;

2) при серийном производстве - чертеж элементов литейной формы, чертеж расположения моделей и литниковой системы, чертеж отливки. Остальные чертежи могут выполняться по мере надобности;

3) при мелкосерийном и единичном производстве отливок - чертеж элементов литейной формы.

Содержание графических документов и их количество для курсового проекта устанавливает кафедра, ведущая проектирование. Кафедра АТЛП рекомендует в качестве графической части курсового проекта выполнить следующие 3 листа чертежей формата А1:

чертеж элементов литейной формы;

чертеж собранной формы в состоянии готовности к заливке;

один из чертежей модельно-литейной оснастки по согласованию с руководителем (чертеж расположения моделей и литниковой системы на модельной плите, чертеж стержневого ящика и др.).

При разработке чертежей модельно-литейной технологии необходимо:

1) выбрать способ производства отливки, определить метод изготовления формы;

2) установить расположение разъемов формы и модели;

3) установить величину припусков на механическую обработку, гарантийных технологических напусков;

4) установить границы стержней, размеры их знаков, величины уклонов и зазоров, направления набивки и выхода газов;

5) определить конструкции моделей, стержневых ящиков;

6) выбрать тип литниковой системы и расположение ее элементов, установить их размеры; определить конструкцию и размеры других заливочных устройств;

7) определить места установки и размеры прибылей, предусмотреть способы повышения эффективности их действия;

8) предусмотреть специальные меры для получения годной отливки: применение холодильников, жеребеек, выпоров, стяжек, усадочных ребер и др.

7.2.2 Общие требования к чертежам

Графическая часть курсового проекта может быть выполнена вручную карандашом или черной тушью (фломастером), за исключением чертежа элементов литейной формы, который выполняется цветными карандашами, или тушью, или с использованием графических устройств вывода ЭВМ (графопостроителей).

Масштабы чертежей должны соответствовать ГОСТ 2.301-78. Начертание линий на чертежах, нанесение размеров, указания шероховатости поверхности - по ГОСТ 2.303-78, ГОСТ 2.307-78, ГОСТ 2.309-78.

Сборочные чертежи следует выполнять с упрощениями, соответствующими требованиям стандартов ЕСКД: ГОСТ 2.109-73, ГОСТ 2.315-68, ГОСТ 2.402-68.

Надписи, технические требования и таблицы на чертежах выполняют в соответствии с требованиями ГОСТ 2.316-68 шрифтом по ГОСТ 2.304-81. При этом содержание текста должно быть точным и кратким. В текстовых надписях на чертежах не должно быть сокращений слов, за исключением общепринятых и установленных в приложении к ГОСТ 2.316-68. Таблицы и текст на поле чертежа располагают параллельно основной надписи. Между текстовой частью и основной надписью не допускается помещать изображения, таблицы и т.п.

Технические требования излагают, группируя вместе однородные и близкие по характеру требования. Каждый пункт технических требований записывают с новой строки. Пункты технических требований должны иметь сквозную нумерацию. Заголовок «Технические требования» не пишут.

Если необходимо указать техническую характеристику изделия, ее размещают отдельно от технических требований с самостоятельной нумерацией пунктов под заголовком «Техническая характеристика». При этом над техническими требованиями помещают заголовок «Технические требования». Оба заголовка не подчеркивают.

На каждом листе комплекта графических документов наносят основную надпись, которую располагают в правом нижнем углу вдоль длинной стороны листа. Пример оформления основной надписи для чертежей приведен в прил. 6.

7.2.3 Чертеж элементов литейной формы

Назначение чертежа элементов литейной формы приведено в п. 8.2.1. Правила графического выполнения элементов литейных форм и отливок регламентированы ГОСТ 3.1125-88 [3].

В производственных условиях графическое изображение элементов литейных форм выполняют на карте эскизов. Допускается графическое изображение элементов литейных форм выполнять на учтенной копии чертежа детали. При этом, поскольку основная надпись уже заполнена при изготовлении чертежа детали, над ней или на свободном поле чертежа проставляют дополнительный штамп, в котором указывают фамилии и подписи разработчика и нормоконтролера, также соответствующие даты и другие сведения [3].

В курсовом проекте допускается не выполнять дополнительный штамп, так как подписи и разработчика чертежа детали, и разработчика технологии, и нормоконтролера ставятся одними и теми же лицами.

Правила графического выполнения элементов литейных форм:

1) Обозначение разъемов модели, формы и положения отливки при заливке.

Разъем модели и формы показывают отрезком или ломаной штрихпунктирной линией, заканчивающейся знаком (рис. 8.1), над которой указывается буквенное обозначение разъема - МФ. Направление разъема показывают сплошной основной линией, ограниченной стрелками и перпендикулярной к линии разъема. При применении неразъемных моделей указывают только разъем формы Ф (рис. 8.2).

Положение отливки в форме при заливке обозначают буквами В (верх) и Н (низ). Буквы проставляют у стрелок, показывающих направление разъема формы (рис. 8.1-8.3). Если отливка формуется в горизонтальном положении, а заливается в вертикальном, то буквенное обозначение верха и низа отливки у стрелок не ставится, а параллельно заливке проводится сплошная основная линия, ограниченная стрелками. У стрелок ставится буквенное обозначение верха и низа (см. рис. 8.3).

2) Изображение припусков.

Припуски на механическую обработку изображают сплошной тонкой линией красного цвета. Величину припуска указывают цифрой перед знаком шероховатости поверхности детали или величиной уклона и линейными размерами (рис. 8.4). Допускается при несложных отливках припуски на механическую обработку не изображать, а указывать только величину припуска цифрой (рис. 8.5). Технологический припуск указывают цифрой со знаком «плюс» (+) или «минус» (-) и буквой Т (технологический припуск), которые проставляют на продолжении размерной линии или на полке линии-выноски, если их нельзя разместить на продолжении размерной линии (см. рис. 8.5).

Отверстия, впадины и т.п., не выполняемые при отливке детали, зачеркивают сплошной тонкой линией красного цвета (см. рис. 8.4-8.5).

Рис. 8.1. Обозначение разъемов модели и формы

для разъемной модели:

а - для прямой плоскости разъема; б - для ломаной

плоскости разъема

3) Изображение и обозначение стержней

Стержни, их знаки и фиксаторы, стержни-перемычки, разделительные диафрагмы легкоотделяемых прибылей и знаки модели изображают в масштабе чертежа сплошной тонкой линией синего цвета (рис. 8.6-8.8). Если близкое расположение изображений на чертеже детали не позволяет показывать знаки стержней в масштабе, то разрешается делать разрыв знака или изображать его не в масштабе (см. рис. 8.7).

Рис. 8.2. Обозначение разъемов модели и формы

для неразъемной модели

Рис. 8.3. Обозначение разъемов модели и формы

при нескольких разъемах

Контуры стержней и знаков следует наносить на минимальном числе изображений, обеспечивая при этом необходимое для изготовления модельного комплекта представление о контурах, расположении стержней и размерах знаков.

Стержни в разрезе следует штриховать только у контурных линий (см. рис. 8.6-8.8), длина линий - 3-30 мм. Правила нанесения штриховки - по ГОСТ 2.306-78. Невидимые контуры стержневых знаков и стержней допускается наносить в случае, когда затрудняется представление об их форме и расположении. На изображениях, на которых формовочные уклоны отчетливо не выявлены, проводят только одну линию, соответствующую наибольшему размеру (см. рис. 8.8). Размеры знаков стержней и зазоры между знаками стержней и модели выбирают по ГОСТ 3606-80.



Рис. 8.4. Изображение припусков на механическую обработку

Рис. 8.5. Изображение технологических припусков



Рис. 8.6. Изображение стержней и их размеров

Рис. 8.8. Изображение знаков стержней

Стержни обозначают буквами ст. и порядковыми номерами, например: ст.3 (рис. 8.6). Номер стержня проставляют на минимально необходимом, но достаточном для однозначного понимания количестве изображений. Соотношение размеров стрелок, показывающих направление набивки стержня и разъем стержневого ящика, должно соответствовать приведенному на рис. 8.9.



Рис. 8.9. Соотношение размеров стрелок, показывающих:

а - направление набивки стержня; б - разъем стержневого ящика

4) Изображение и обозначение отъемных частей модели.

Линию соприкасания отъемной части с моделью показывают сплошной основной линией; отъемную часть модели обозначают буквами ОЧМ и порядковым номером (рис. 8.10). Если отъемная часть одна, то порядковый номер не ставят.

Рис. 8.10. Изображение отъемных частей модели

5) Изображение и обозначение литниковой системы.

Литниковую систему выполняют в масштабе изображения детали сплошной тонкой линией красного цвета (рис. 8.11-8.12). Сечения элементов литниковой системы не штрихуют. У каждого сечения элементов литниковой системы необходимо указывать площадь сечения в квадратных сантиметрах, количество элементов и суммарную их площадь.

При выполнении литниковой системы в керамических сифонных трубках их изображение не приводят. В технических требованиях помещают надпись: «На участке … литниковую систему выполнять в керамических трубках по ГОСТ 11586-69».

Рис. 8.11. Изображение литниковой системы

Прибыль обозначают порядковым номером на полке линии-выноски, перед которым ставят слово «Прибыль». Если на отливке устанавливают несколько одинаковых прибылей, то им присваивают одинаковые номера и на полке линии-выноски после номера прибыли указывают общее количество устанавливаемых на отливке прибылей этого номера (рис. 8.13). Контуры оснований прибылей и выпоров в плане должны быть привязаны системой размеров или построения к соответствующим осям отливки, контурам ее поверхности. Прибыль изображают сплошной тонкой линией красного цвета.



Рис. 8.12. Порядок обозначения размеров элементов литниковой системы

Рис. 8.13. Обозначение прибылей на чертеже отливки

6) Изображение и обозначение холодильников.

Холодильники изображаются в масштабе детали сплошной тонкой линией зеленого цвета. В сечениях холодильники штрихуют (рис. 8.14). Обозначение холодильников состоит из слова «Хол.», порядкового номера, количества холодильников, которые проставляют на полке линии-выноски.



Рис. 8.14. Изображение холодильников:

а - наружных; б - внутренних

7) Изображение усадочных ребер, стяжек, проб для механических и других испытаний и технологических приливов.

Усадочные ребра, стяжки (рис. 8.15), пробы (рис. 8.16) и технологические приливы изображают в масштабе детали сплошной тонкой линией красного цвета.

Назначение отливаемой пробы указывают на полке линии-выноски соответствующей надписью.

8) Изображение жеребеек и обозначение мест вывода газов из формы и стержней.

Жеребейки изображают в соответствии с требованиями (таблица). Места вывода газов из формы и стержней показывают стрелками и обозначают буквами ВГ (выход газа), располагаемыми вдоль стрелки (см. рис. 8.6). Размер стрелки - по ГОСТ 2.305-78.

Рис. 8.15. Изображение на чертеже:

а - усадочных ребер; б - стяжек

Рис. 8.16. Изображение на чертеже проб:

а - для механических испытаний;

б - для металлографических исследований

Графическое обозначение элементов литейных форм в сечениях

Наименование элемента	Обозначение	Наименование элемента	Обозначение
Гарь		Жеребейки
Солома		Крючки
Фитиль		Вывод газов из стержня
Металлическая стружка
Газоотводные наколы		Облицовочный слой в форме
Шпильки

7.2.4 Чертеж собранной формы в состоянии готовности к заливке

После формовки (ручной или машинной) и извлечения моделей отливки и литниковой системы производят отделку полуформ, установку в нижнюю полуформу стержней, жеребеек, холодильников и других элементов, а затем производят сборку и крепление формы, установку литниковой чаши или воронки.

Чертеж собранной формы в состоянии готовности к заливке изображается, как правило, в трех проекциях. В отличие от цветного изображения на чертежах элементов литейной формы, здесь изображение всех элементов дается в одном цвете - черном.

На виде спереди изображают собранную форму в разрезе. Плоскость разреза выбирается таким образом, чтобы показать основные элементы литниковой системы (стояк, литниковую чашу или воронку, шлаковик, питатели, выпоры, прибыли), стержни, соединение опок штырями и т.д. Здесь же показывают холодильники и их крепление, жеребейки, штыри, шпильки, вентиляционные наколы и каналы для выхода газов и другие элементы формы, необходимые по технологии изготовления данной отливки. Все стержни имеют ту же нумерацию, что и на чертеже элементов литейной формы, причем нумерация стержней обозначает порядок их установки в форму, т. е. стержень 1 (ст.1) устанавливается в форму первым, стержень 2 (ст.2) - вторым и т. д. Штриховка формовочной и облицовочной смесей в разрезе производится в соответствии с образцами, приведенными в таблице.

На виде сверху изображают вид на нижнюю полуформу со вставленными стержнями и другими элементами литейной формы. Стержни на виде сверху показываются не в разрезе и штрихуются также по контуру, но в две стороны под углом 45о. На виде сверху показывается отпечаток от модели отливки и литниковой системы. Здесь показываются размеры опок в свету и расстояния от стенок опок до модели, по которым определялся выбор размера опок. Штриховка формовочной смеси на виде сверху производится точками в тех местах, где нет отпечатка модели.

На виде слева показывают собранную форму в скрепленном виде (скобами или болтами). Здесь же можно показать совмещенный разрез половины сечения формы.

7.2.5 Чертеж модельной плиты с моделью

По согласованию с руководителем курсового проекта студент может выполнить один из нескольких чертежей модельно-литейной оснастки, в том числе: чертеж модельной плиты с моделью и литниковой системой, чертеж стержневого ящика, чертеж отливки, эскиз сложного стержня и др.

Для закрепления модельного комплекта при формовке, для установки и крепления его к столу формовочной машины используют специальные плиты, называемые модельными (подмодельными). Они могут быть как деревянными, так и металлическими. Дополнительно к ним могут использоваться сменные деревянные или металлические вкладыши. Плиты делают односторонними и двусторонними. Для быстрой смены моделей при единичном и мелкосерийном производстве используют координатные плиты.

Каждая из модельных плит предназначается для определенного типоразмера опоки. При выборе модельных плит должны учитываться тип формовочной машины и механизм уплотнения смеси. В зависимости от назначения плит прорабатываются их конструктивные элементы. Для опочной формовки применяют односторонние модельные плиты (составные или цельнолитые). Литые плиты для формовки в съемных опоках изготовляют из легких алюминиевых или магниевых сплавов.

При серийном производстве деревянные или металлические модели монтируют на металлических односторонних плитах (рис. 8.17). При монтаже модель на плите фиксируют контрольными шпильками. Модель к плите крепят болтами, винтами или даже гвоздями, головки которых утапливают заподлицо с моделью.

Координатные плиты могут быть литыми или сварными (рис. 8.18). Они отличаются от обычных модельных плит тем, что по всей плоскости плиты имеются базовые круглые отверстия одинакового размера, размещенные в шахматном порядке с одинаковым интервалом между осями. Эти отверстия предназначены для фиксации и крепления моделей к плите. Расстояние между осями может составлять 50, 100, 200 мм и более в зависимости от размеров модельных плит. Диаметр отверстий при расстоянии между осями до 100 мм принимают равным 12 мм; при расстоянии более 100 мм - 25 мм. Все вертикальные осевые линии на плите обозначают цифрами 1, 2, 3 и т.д., горизонтальные - буквами А, Б, В и т.д. Таким образом, каждое отверстие имеет свой шифр, например, Б6, Д4, Ж7. Деревянные модели и элементы литниковой системы для координатных плит изготовляют обычным способом. Для машинной формовки верхних и нижних полуформ используют одну и ту же координатную плиту, меняя лишь модели. К моделям делают также части литниковой системы с указанием на них шифров для размещения их на плитах.



Рис. 8.17. Схема расположения модели на модельной плите:

1 - штырь центрирующий; 2 - односторонняя модельная плита;

3 - верхняя половина модели; 4 - крепежный болт; 5 - штырь

направляющий; 6 - контрольный штифт;

7 - модели литниковой системы

Рис. 8.18. Конструкция координатной модельной плиты

7.3 Пример разработки технологического процесса изготовления отливки «Колесо»

7.3.1 Выдача задания на разработку технологического процесса

Задание на разработку технологического процесса изготовления отливки может быть выдано студентам очного обучения двумя способами:

1) на технологической практике после окончания третьего курса студенты с помощью заводского руководителя практики должны выбрать отливку в литейном цехе, где они проходят практику, и познакомиться (если есть такая возможность) с технологией ее изготовления в условиях литейного цеха. В этом случае им может быть выдан чертеж этой отливки или ее эскиз;

2) если не выполняется первый вариант, то чертеж отливки может быть выдан научным руководителем кафедры.

Задание на проектирование оформляется на бланке, приведенном в прил. 2. Рассмотрим проектирования технологического процесса изготовления типичной отливки «Колесо».

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Студент _Горбунова Светлана Юрьевна гр. ОЛ-443 __________________

Тема проекта (работы)_Технология изготовления отливки «Колесо»

Утверждена решением заседания кафедры (протокол № 1 от 10.09.01 г.)

Срок сдачи проекта (работы)_05.12.01 _______________________________

По заданным техническим требованиям к отливке, ее геометрическим характеристикам и объему производства определить оптимальные параме-тры технологического процесса ее изготовления:

а) выбрать и обосновать марку и химический состав стали;

б) обосновать оптимальную технологию плавки: шихтовку, рафинирование, раскисление и модифицирование стали;

в) определить припуски на механическую обработку;

г) определить количество стержней и их параметры;

д) с помощью назначения технологических напусков, установки холодиль-ников и других приемов обеспечить направленное затвердевание отливки;

е) определить места установки прибылей, выбрать их оптимальную конфигурацию и условия работы, выполнить расчет прибылей;

ж)определить места подвода сплава, конструкцию литниковой системы и способ заливки формы. Рассчитать литниковую систему. Определить выход годного;

з) определить вид термообработки и обосновать ее режим.

План-график выполнения курсового проекта

Этапы работы	Сроки выполнения	Вид отчетности	Отметка о выполнении
1. Выбор материала отливки, способа плавки	20.09
2. Определение класса точности, припусков на механическую обработку	01.10
3. Определение конфигурации, количества и параметров стержней	10.10
4. Определение мест установки и расчет прибылей	15.10
5. Определение конструкции и расчет литни-ковой системы	20.10
6. Оформление графической части проекта	10.11
7. Оформление пояснительной записки	25.11
8. Защита курсового проекта	05.12

Научный руководитель В.В. Ушенин

Зав. кафедрой Б.С. Чуркин

Задание принял к исполнению С.Ю. Горбунова

7.3.2 Технические требования и характеристика отливки

Материал отливки имеет следующие механические свойства:

предел текучести =500 МПа;

временное сопротивление разрыву =650 МПа;

относительное удлинение =12 %.

Отливка испытывает динамические знакопеременные нагрузки, к материалу предъявляются повышенные требования по контактной прочности. По конфигурации и по назначению отливка представляет собой приводное зубчатое колесо редуктора с тонким ободом и толстыми спицами. Наружный диаметр отливки - 1000 мм, толщина стенки обода - 15 мм, диаметр спицы - 170 мм, диаметр отверстия в ступице под вал - 80 мм, число спиц - 6, сечение спицы - эллипс с осями 35х50 мм, высота обода и ступицы - 140 мм. Масса детали - 125 кг. Схема расположения массы металла в отливке ( в разрезе по спицам) показана на эскизе (рис. 9.19). Класс точности отливки - 5-й. Объем производства - 500 отливок в год.

7.3.3 Выбор и обоснование марки стали и ее химического состава

Выбор осуществляется по заданному комплексу механических свойств, специфическим требованиям к литейным свойствам, физическим характеристикам и характеру нагружения и износа материала детали с учетом ее конфигурации и назначения. При этом отдается предпочтение экономнолегированным сталям с минимальным применением легирующих элементов (в том случае, если материал детали задан в ее чертеже, в пояснительной записке подробно описываются его свойства).

Так как предел текучести стали по условиям задания превышает 350 МПа, для изготовления отливки нужно применить низколегированную сталь. Из легирующих элементов целесообразно выбрать хром, так как он уменьшает критическую скорость закалки, что позволяет охлаждать отливку при закалке с меньшей скоростью.

Зубчатое колесо является отливкой сложной конфигурации, склонной к формированию внутренних напряжений, поэтому указанная особенность хромистой стали имеет очень важное значение. Зубья колеса, получаемые путем механической обработки обода колеса, работают в условиях контактного износа. Перлитная хромистая сталь с содержанием хрома 0,8-1,1%, углерода 0,35-0,45%, марганца 0,5-0,8%, кремния 0,17-0,37% позволяет получить после термической обработки равномерные по сечению отливки механические свойства, хорошо работает в условиях износа при динамических нагрузках.

Сталь указанного химического состава обеспечивает получение указанного в задании уровня механических свойств после закалки и отпуска. Содержание серы и фосфора ограничивается 0,04%. Эта сталь обладает достаточно высокой жидкотекучестью благодаря высокому содержанию углерода. Повышать содержание углерода выше 0,5% нецелесообразно из-за резкого снижения пластичности стали. Рекомендуемая сталь имеет низкую склонность к образованию усадочной пористости и горячих трещин, что имеет большое значение для отливок данного типа.

Поэтому для предложенной детали выбираем сталь марки 40ХЛ (ГОСТ 977-88), химический состав которой приведен выше.

7.3.4 Выбор типа и емкости плавильного агрегата, материала футеровки

Для выплавки обычных углеродистых и низколегированных сталей в литейных цехах применяются мартеновские, электродуговые и индукционные печи. Мартеновские печи в сталелитейном производстве применяются при получении крупных стальных отливок. Основную массу стали в литейном производстве выплавляют в электродуговых печах, имеющих следующие преимущества по сравнению с мартеновскими:

применение электроэнергии позволяет сконцентрировать в сравнительно небольшом объеме значительную мощность и нагревать металл с большой скоростью до высоких температур;

изменение температуры металла при электроплавке легко поддается контролю и регулированию, что особенно важно при получении отливок;

электродуговые печи лучше приспособлены для получения металла, содержащего окисляемые легирующие элементы, обеспечивая их наименьший угар;

электродуговые печи лучше других сталеплавильных агрегатов приспособлены для переработки металлического лома;

электродуговые печи имеют меньшие габариты по сравнению с мартеновскими и более удобны при размещении в литейных цехах и организации технологического процесса получения отливок.

Несмотря на перечисленные преимущества дуговых электрических печей переменного тока, их применение во многих странах мира становится нерентабельным. Это вызвано их основными недостатками: большими затратами на угар металла, ферросплавов, графитированных электродов; высоким уровнем пылегазовыбросов, которые требуют значительных затрат на экологию; тяжелыми условиями труда (например, интенсивный шум); большими затратами на средства борьбы с фликером, вызывающим помехи в питающей энергосистеме и др. Расширение и сохранение технологических возможностей дуговых сталеплавильных печей и устранение их недостатков делает возможным перевод таких печей на питание постоянным током, разработанный научно-технической фирмой «ЭКТА». Разработанные этой фирмой дуговые печи постоянного тока нового поколения (ДППТНП) позволяют, в сравнении с обычными дуговыми сталеплавильными печами переменного тока:

снизить расход графитированных электродов до 1,5 кг/т расплава;

за счет снижения угара шихты увеличить на 40% выход металла при переплаве каждой тонны шихты;

на 30-85% уменьшить потери ферросплавов;

в 10-15 раз сократить количество пылегазовыбросов из печи, что позволяет отказаться от затрат на строительство системы пылегазоочистки;

значительно снизить уровень шума;

уменьшить на 80% фликер, вызывающий помехи в питающей энергосистеме;

снизить удельный расход электроэнергии;

интенсифицировать технологические процессы плавки.

Перечисленные преимущества, а также небольшая масса зубчатого колеса (125 кг) позволяют рекомендовать для выплавки стали 40 ХЛ электродуговую печь постоянного тока.

При выборе емкости электродуговой печи нужно учесть, что основную массу стали в литейных цехах выплавляют в печах емкостью 3-12 т (для кислых электродуговых печей рекомендуется емкость 0,5-6 т), для крупных отливок используют электродуговые печи емкостью 25 т. Применение дуговых печей постоянного тока таких емкостей пока ограниченно. В литейных цехах серийного и крупносерийного конвейерного производства обычно устанавливают большое число печей с относительно небольшой массой садки. При этом один конвейер обслуживается 3-4 печами. Поэтому для выплавки стали 40ХЛ выбираем электродуговую печь постоянного тока ДППТ-5 с массой садки 5 т.

Электродуговые печи для выплавки стали могут иметь как кислую, так и основную футеровки. Выбор футеровки печи зависит от марки выплавляемой стали и от используемых шихтовых материалов. Среднеуглеродистые и низколегированные стали чаще всего выплавляют в печах с кислой футеровкой. При этом шихта должна быть чистой по сере, фосфору и легирующим элементам, так как кислый процесс выплавки стали наряду с преимуществами (сокращением длительности плавки, уменьшением расхода электроэнергии, электродов и огнеупоров) имеет и недостатки: кислые шлаки в процессе выплавки не обеспечивают рафинирование стали от серы и фосфора. Учитывая эти рекомендации, выбираем для выплавки стали 40ХЛ электродуговую печь постоянного тока с кислой футеровкой.

7.3.5 Обоснование оптимальной технологии плавки, шихтовки, рафинирования, раскисления и модифицирования стали

Технологический процесс плавки стали в общем случае представляет последовательность следующих операций. В подготовленную сталеплавильную печь загружают шихту, затем ее нагревают, расплавляют. При этом образуются жидкий металл и шлак. При плавке стали в печах постоянного тока из-за низкого угара металла практически не образуется первичный шлак, а при подаче шлакообразующих материалов в течение 2-3 мин формируется шлак высокого качества, который в условиях интенсивного перемешивания активно взаимодействует с металлом. Далее следует обработка жидкого металла под шлаком, удаление этого шлака. Затем берут пробу металла и доводят сталь до требуемого состава. Во время доводки возможно наведение нового шлака, например с целью удаления вредных примесей. Во всех случаях на заключительном этапе производят раскисление стали. Для получения высококачественных сталей целесообразно модифицировать сталь.

Процесс плавки в кислой печи предполагает протекание кремнийвосстановительных реакций и более низкую окислительную способность шлака. В результате получается более низкая концентрация кислорода в металле. Различают две разновидности кислого процесса: кремнийвосстановительный (пассивный) и с ограниченным восстановлением кремнием (активный).

При активном процессе плавки в печь подают железную руду, элементы окисляются и происходит восстановление кремния углеродом металла по реакции (SiO2)+[2C]=[Si]+{2CO}. При этом содержание углерода, кремния и марганца по ходу плавки уменьшается.

При кремнийвосстановительном процессе содержание кремния и марганца, наоборот, увеличивается. По окончании расплавления углерода должно быть примерно на 0,8% больше требуемого содержания в стали. Присадку руды дают малыми порциями; известняк добавляют только в начальный период.

Рассмотрим конкретно плавку стали 40ХЛ. Состав металлической шихты для стали 40ХЛ: 58% стального лома, 40% возврата (литники и прибыли отливок) и 2% передельного чугуна. Поскольку кислые шлаки не позволяют проводить рафинирование стали от серы и фосфора, к стальному лому должны предъявляться повышенные требования по содержанию этих элементов, т.е. серы и фосфора в шихте должно быть столько, чтобы по расплавлении и введении FeCr в период доводки их содержание не превышало 0,04%.

Подготовка печи к плавке производится следующим образом. После выпуска предыдущей плавки стали очищаются подина и откосы печи от остатков жидкой стали и шлака, производится осмотр футеровки с целью определения ее состояния. Если имеются выбоины и неровности, местные углубления, производят их заправку смесью песка с жидким стеклом. Заправку производят как можно быстрее, старясь сохранить температуру футеровки после выпуска стали с целью лучшей привариваемости материала заправки.

Шихтовые материалы перед загрузкой взвешивают, мелкую шихту и стружку загружают вниз на подину. Укладка шихты должна быть плотной. Процесс плавки делится на три периода в зависимости от расхода энергии, каждый из которых решает свои задачи. Плавка во все периоды проводится на постоянной мощности дуги.

Первый период - подготовительный. Этот период плавки протекает при высоком напряжении и небольшом токе дуги. Режим дуги позволяет вести расплавление шихты без привязки анодного пятна на расплав. Второй период - энергетический, при этом ток дуги удваивают, а напряжение в два раза снижают. Перегрев расплава под дугой во втором и третьем периодах предотвращается тем, что размещение подовых электродов формирует тороидальное вращение металла в вертикальной плоскости, при котором поток металла с большой скоростью подтекает под дугу и уходит вглубь расплава. В этих условиях температурное поле расплава выравнивается за счет интенсивной конвективной теплопередачи через расплав, а высокая скорость движения металла под дугой не допускает его локального перегрева. Третий период - технологический. Плавка в этот период проводится при короткой дуге и низком напряжении. При этом температура расплава плавно увеличивается до заданного уровня и в дальнейшем стабилизируется в требуемых пределах путем кратковременного включения-отключения дуги. В этот период осуществляются все необходимые технологические воздействия на металл.

При полном расплавлении шихты берут пробу металла для экспресс-анализа на C, Mn, S, P. Оптимальное содержание углерода перед началом окислительного периода должно быть 1,15- 1,25%. Для окисления углерода в хорошо нагретый металл присаживают малыми порциями железную руду, после каждой порции дают выдержку 5-10 мин. Продолжительность окислительного периода должна быть не более 40 мин, включая и кипение.

При достижении среднего содержания углерода по заданному анализу шлак должен быть нормальной жидкоподвижности, плотным, тянуться в нить и в изломе иметь зеленый цвет. При нормальном шлаке и достижении требуемого содержания углерода для раскисления металла в ванну присаживают ферросилиций ФС45. При этом ванну тщательно перемешивают. Через 10-15 мин ванну перемешивают вторично и берут пробу на раскисленность металла и температуру. Залитая в стаканчик проба металла, хорошо раскисленная кремнием, не должна искрить; при затвердевании металл должен давать усадку.

Раскисление металла совмещается с доводкой химического состава стали. Поскольку сталь 40ХЛ содержит 0,8-1,1% Cr, то расчетное количество хрома в виде феррохрома вводится во время доводки после первого этапа раскисления. Второй этап раскисления проводится во время выпуска стали из печи путем подачи на желоб дробленого ферросилиция ФС75. Окончательное раскисление стали проводится алюминием, который подается на дно ковша в количестве 1,0-1,2 кг на 1 т жидкой стали.

7.3.6 Обеспечение направленности затвердевания отливки

Анализ чертежа детали показывает, что направленное затвердевание не обеспечивается. Методом вписанных окружностей можно установить, что имеются «теплые» узлы в местах сочленения ступицы и обода со спицами, в которых сталь будет затвердевать позднее, чем в соседних участках. Устанавливать в эти узлы внутренние холодильники нецелесообразно, так как к отливке предъявляются высокие требования, а в зоне около холодильников трудно обеспечить качественную структуру. Применением наружных холодильников усадочные дефекты из этих зон вывести в прибыль затруднительно. Кроме того, наружные холодильники технологически трудно устанавливать в форме, их применение резко увеличивает трудоемкость изготовления формы.

Поэтому направленное затвердевание отливки можно обеспечить с помощью назначения технологических напусков на наружной поверхности обода и на внутренней поверхности ступицы. Схема построения напусков на ободе и в отверстии ступицы показаны на рис. 8.20.

Прежде чем строить напуск, необходимо определить и нанести припуски на механическую обработку. В соответствии с ГОСТ 26645-85 и заданным классом точности выбираем для данной отливки с номинальным размером 1000 мм допуск, который равен 1 мм. По данному допуску для пятого класса точности назначаем припуски на нижние и вертикальные поверхности 4 мм, а на верхние поверхности 5 мм. При построении напуска в «теплый» узел вписывается окружность. Затем окружность такого же радиуса изображается в верхней части данного сечения отливки. Для построения напуска строят огибающую к этим двум окружностям так, чтобы окружность, вписанную в «теплый» узел, можно было в пределах напуска выкатить вверх. Для упрощения конфигурации напуска полученную огибающую, как правило, спрямляют.

7.3.7 Расчет прибылей

Для определения количества прибылей и мест их установки необходимо выделить в конструкции отливки все участки, изолированные друг от друга в конце их затвердевания. Для решения этого вопроса обычно сравнивают приведенные размеры разных элементов отливки. Приведенным размером называют отношение площади сечения элемента к периметру его контакта с формой. Для спицы приведенный размер равен 1 см:

см.



Для ступицы (без напусков) Rст=(8,52-42)/(2·12,5)=2,25 см. Для обода Rоб=(502-47,52)/(2·97,5)=1,25 см

Так как приведенный размер спицы меньше приведенных размеров ступицы и обода, то она затвердеет первой. При этом ступица и обод будут затвердевать в изолированном друг от друга состоянии. Поэтому необходимо установить одну прибыль сверху на ступице и шесть прибылей на ободе, над местами его сочленения со спицами. Схема установки прибылей приведена на рис. 8.21.

Форму прибылей выбирают с точки зрения обеспечения минимальных тепловых потерь металла прибыли, использования действия внешнего атмосферного давления на расплав в прибыли и удобства изготовления формы. С точки зрения обеспечения минимальных тепловых потерь нужно при заданном объеме, необходимом для компенсации объемной усадки, придать прибыли минимальную поверхность. Известно, что этому требованию удовлетворяет сферическая прибыль. Однако при изготовлении формы ее трудно выполнить. Поэтому выбираем для прибыли, устанавливаемой на ступице, цилиндрическую форму с полусферическим верхом (см. рис. 8.21). Для прибылей, устанавливаемых над ободом, примем форму, приведенную на рис. 8.21.

Перед расчетом размеров прибылей определим объем питаемых узлов для каждой прибыли. Примем, что прибыль №1 обеспечивает питание ступицы и половины объема всех спиц. Каждая из прибылей №2 обеспечивает питание одной шестой обода и половины объема одной спицы.

Вычислим объем питаемого узла прибыли №1.

.

Объем сплава в ступице Vст равен объему цилиндра радиусом 8,5 см и высотой 14,9 см за вычетом объемов усеченного конуса с верхним и нижним диаметрами соответственно 4,4 и 7,2 см (см. рис. 8.19); наличием в верхней части ступицы полусферы пренебрегаем:

см3.

Объем спицы см3.

Объем питаемого узла V1=2979+3·535,8=4586,4 см3.

Объем обода Vоб=3,14·100·2,9·7,45+3,14·100·4,5·7,45=17311 см3.

Объем питаемого узла для прибыли №2 V2=17311/6+535,8/2=3153 см3. Объем отливки Vот=23505 см3, ее масса равна Мот=23505·7,5=176288=176,3 кг. Коэффициент использования металла в отливке равен отношению массы детали к массе отливки в процентах: КИМ=125·100/176,3=71%.

Рис. 8.21. Схема установки прибылей и подвода сплава к отливке

Рассчитаем объемы прибылей по формуле Й. Пржибыла:

,

где - относительная объемная усадка сплава (для данной стали = =0,045);

- коэффициент запаса металла в прибыли, равный отношению объема прибыли к объему усадочной раковины в прибыли (для условий задания при применении закрытых прибылей =7);

Vo - объем питаемого узла, см3.

Объем прибыли №1 равен см3.

Как видно из рис. 8.22, объем прибыли равен объему цилиндра высотой Н плюс половина объема шара радиусом 8,5 см:

см3.

Решив это уравнение, находим Н=3,6 см.

Объем прибыли №2 равен см3.

Прибыль №2 приближенно можно считать состоящей из призмы, сверху которой расположен полуцилиндр (схематическое изображение прибыли приведено на рис. 8.22). В соответствии с рекомендациями П.Ф. Ва-силевского примем В=1,4Т, где Т - толщина отливки, L=3,14·100/(6·2)= =26 см. В=1,4·4,5=6,3 см. Напишем уравнение Н·26·6,3+3,14·6,32·26/8 = =1450. Из этого уравнения находим Н=6,4 см.



Рис.8.22. Схематическое изображение прибыли №2

8.3.8 Конструирование и расчет литниковой системы

Для улучшения работы прибылей сплав целесообразно подводить сверху под прибыль. Однако при падении сплава вниз на большую высоту может произойти разрушение формы и окисление металла. Поэтому высота падения сплава при литье углеродистых и низколегированных сталей ограничивается 250-300 мм. В нашем случае высота отливки 149 мм, поэтому принимаем подвод сплава в форму через шесть питателей под прибыли к ступице сверху, т.е. по плоскости разъема формы. Подвод металла в обод, более тонкостенный, чем ступица, способствует снижению возникающих литейных напряжений. Схема подвода металла показана на рис. 8.21. Перед расчетом литниковой системы определим размеры опок для данной отливки.

В соответствии с технологической практикой определим минимальное расстояние от верхней точки модели до верхнего уровня верхней опоки как равное 100 мм. Так как в верхней опоке расположены только прибыли, максимальная высота которых равна 13 см, примем высоту верхней опоки равной 250 мм.

Рассчитаем оптимальную продолжительность заливки формы. По формуле Г.М. Дубицкого,

,

где S1 - коэффициент продолжительности заливки (в соответствии с данными Г.М. Дубицкого, для данной отливки примем S1=1,6);

G - масса жидкого металла, заливаемого в форму, кг;

- преобладающая толщина стенки отливки, мм (примем =25 мм).

Масса жидкого металла, заливаемого в форму, равна сумме черновой массы отливки (176,3 кг), массы прибылей Gпр и массы·металла, расходуемого на заполнение литниковых каналов Gл. Gпр=7,5·(2110+6·1450)=81 кг. Массу литниковых каналов примем равной 0,05·176,3=8,8 кг. С учетом этого G=266,1 кг. Находим значение оптимальной продолжительности заливки

с.

После нахождения оптимальной продолжительности заливки формы необходимо проверить среднюю скорость подъема уровня сплава в поло-сти литейной формы. Она должна быть больше некоторой минимальной величины

,

где С - высота отливки по положению при заливке с учетом прибылей, мм.

В нашем случае С=14,9+13=27,9 см; vср=279/31=9 мм/с. Сравнивая эту среднюю скорость с минимально допустимой, получаем, что она должна быть в пределах от 20 до 10 мм/с. В этом случае, принимая минимально допустимую скорость 10 мм/с, получаем оптимальную продолжительность заливки 27,9 с.

Заливку формы будем производить из поворотного ковша. Поэтому для расчета площади узкого места литниковой системы применим формулу

,

где G - масса жидкого металла, заливаемого в форму на одну отливку, кг;

- плотность сплава (для стали =7 г/см3);

- коэффициент расхода литниковой системы (по данным Г.М. Дубицкого для данной отливки =0,32);

Нр - гидростатический напор в системе.

Величину Нр найдем по формуле Дитерта Нр=Но-Р2/2С, где Но - высота верхней опоки плюс высота литниковой воронки; Р - расстояние от места подвода до верхней части полости формы (в нашем случае Р=13 см).

С учетом приведенных значений величин находим площадь узкого места системы:

.

Н=35-169/55,8=32 см. Значит, см2.

В качестве узкого места примем питатели. Так как питателей 6, то площадь одного питателя равна 13,8/6=2,3 см2. Примем следующее соотношение площадей элементов системы: Fп:Fл.х:Fст=1:1,15:1,3, где Fп - площадь питателей, обслуживаемых одной ветвью литникового хода; Fл.х - площадь литникового хода; Fст.- площадь сечения стояка внизу. Как видно из рис. 8.22, одна ветвь шлакоуловителя обслуживает три питателя. Значит Fп=2,3·3=6,9 см2. Исходя из приведенных соотношений, находим Fл.х=7,94 см2 и Fст=13,8·1,3=17,94 см2. Диаметр стояка равен Дст=5 см. Согласно рекомендациям Г.М. Дубицкого примем диаметр стояка вверху равным 6 см.

По найденным значениям площадей питателей и литникового хода найдем их конкретные размеры. Примем для этих элементов трапецеидальную форму сечения. Для питателей примем h=a и b=0,8a. С учетом этого находим 2,3=0,9а2 или =1,6 см. У литникового хода b=0,8a и h=0,9a. Значит, 7,94=0,81 a2 и =3,15 см. Размеры сечений литникового хода приведены на рис. 8.22.

8.3.9 Термическая обработка отливки

Отливки, предназначенные для изготовления зубчатых колес, подвергают термической обработке с целью упрочнения. В зависимости от требуемых механических свойств применяют следующие варианты термической обработки:

· нормализацию + высокий отпуск;

· закалку + высокий отпуск.

Исходя из заданных механических свойств, отливку из стали 40ХЛ следует подвергнуть термической обработке по второму варианту.

Температура нагрева под закалку определяется следующим образом: Тн=Ас3+ (30-50) оС. Для стали 40ХЛ Ас3=825 оС, следовательно, Тн=850-860 оС.

Мартенсит закалки в хромистых сталях можно получить, охлаждая отливку в масле, однако прокаливаемость хромистых сталей невелика, и для ее увеличения отливку следует охлаждать в воде.

Поскольку отливка подвергается в процессе работы динамическим нагрузкам, то после закалки ее нужно подвергнуть высокому отпуску (Тотп=600 оС). Хромистые стали склонны к отпускной хрупкости, поэтому, чтобы предупредить ее появление, охлаждение отливки от температуры отпуска следует проводить в воде.

В данном примере рассмотрены только основные вопросы проектирования технологии изготовления отливки. Не приведены вопросы выбора составов формовочных и стержневых смесей, способа их изготовления. Не приведены некоторые расчеты (расчет выхода годного, расчет необходимого груза при заливке литейной формы и др.).

Заключение

В учебном пособии изложены требования к организации и руководству курсовым проектированием при изучении студентами дисциплин «Металлургическая теплотехника и печи» и «Технология литейного производства». Оба курсовых проекта при обучении студентов по специализации 030501.09 - Технология и технологический менеджмент в литейном производстве выполняются на 4-м курсе.

Наряду с основными положениями по руководству курсовым проектированием изложены требования нормализационного контроля, предписывающие студентам порядок действий при выполнении и сдаче курсового проекта, направленный на выполнение требований стандартов при проектировании как отдельных агрегатов (устройств), так и при проектировании технологического процесса изготовления отливки и оформлении проектной документации.

В учебном пособии описана структура и требования к представлению содержания и оформления текста пояснительной записки графической части курсовых проектов.

Приведены примеры расчетов при выполнении курсовых проектов по дисциплинам «Металлургическая теплотехника и печи» и «Технология литейного производства», а также даны рекомендации по выполнению пояснительной записки и графической части.

По каждому из проектов приведены списки рекомендуемой литературы, приведен также общий библиографический список, использованный при написании учебного пособия.

В приложении приведены образцы оформления титульного листа, задания, оглавления, библиографического описания документов, а также примеры оформления введения. Здесь же даны необходимые справочные данные, связанные с точностью размеров отливок, с выбором дополнительных припусков на обработку отливок резанием, шероховатостью поверхностей отливок, полученных различными способами литья, и другие данные, необходимые при проектировании технологии изготовления отливок.

Учебное пособие по курсовому проектированию поможет студентам систематизировать работу над курсовым проектом и направить основные усилия на творческую сторону процесса проектирования.

Список рекомендуемой литературы

Основная литература

1. Чернышев Е.А., Паньшин В.И. «Литейные технологии. Основы проектирования в примерах и задачах. Учебное пособие». Машиностроение» («Лань»), 2011 г.

2. Скворцов В.Я., Кукуй Д.М., Андрианов Н.В., «Теория и технология литейного производства Часть 1. Формовочные материалы и смеси «Инфра-М» («Лань»), 2011 г.

Скворцов В.Я., Кукуй Д.М., Андрианов Н.В., «Теория и технология литейного производства Часть 2. Технология изготовления отливок в разовых формах» «Инфра-М» («Лань»), 2011 г

ГОСТ 2.105-79 [СТ СЭВ 2667-80]: Общие требования к текстовым документам. Введ. с 01.07.80. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 20 с. (Единая система конструкторской документации).

ГОСТ 7.1-84. Библиографическое описание документа: Общие требования и правила составления. Введ. с 01.01.86. - М.: Изд-во стандар-тов, 1987. - 72 с.

ГОСТ 3.1125-88. Правила графического выполнения элементов литейных форм и отливок. Введ. с 01.01.89. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 19 с.

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

Крымов В.Г., Фишкин Ю.Е. Изготовление литейных стержней. - М.: Высш. шк., 1991. - 256 с.

Кукуй Д.М., Скворцов В.А., Эктова В.Н. Теория и технология литейного производства.- Минск: Дизайн ПРО, 2000. - 416 с.

Могилев В.К., Лев О.И. Справочник литейщика: Справ. для проф. обучения рабочих на пр-ве. - М.: Машиностроение, 1988. - 272 с.

Парфенов Л.И. Оператор-литейщик на автоматах и автоматических линиях. - М.: Высш. шк., 1991. - 224 с.

Расчет литниковых систем при получении отливок из высокопрочного чугуна методом внутриформенного модифицирования: Метод. указания к курсовому и диплом. проектированию. - Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф.-пед. ун-та, 1997. - 12 с.

Технология литейного производства: Учеб./Б.С. Чуркин, Э.Б. Гофман, С.Г. Майзель и др.; Под ред. Б.С. Чуркина. - Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф.-пед. ун-та, 2000. - 662 с.

Формовочные материалы и смеси/С.П. Дорошенко, В.П. Авдокушин, К. Русин, И. Мацашек. - Киев: Выща шк., 1990; Прага: СНТЛ, 1990. - 4