Проект обрубочно-очистного отделения чугунолитейного цеха

1. Технологическая часть

1.1 Общая характеристика литой детали

В качестве задания на разработку литейной технологии выдан чертёж детали «Корпус» № 314−02−72.51.050. Деталь изготавливается из чугуна марки ВЧ50 ГОСТ 72 93 — 85. Химический состав ВЧ 50 приведен в таблице 1. Деталь представляет собой корпус с габаритными размерами 273×580•х328 мм. Масса детали: 54 кг. Средняя толщина стенки 22 мм.

Таблица 1 — Химический состав ВЧ50 ГОСТ 7293–85

Внешняя конструкция детали обеспечивает удобство извлечения модели из формы. Отливке присвоена 4 группа сложности. Производство — серийное, режим работы — двухсменный параллельный. Корпус изготавливают для экскаваторного предприятия г. Тверь, для сборки экскаваторов. В корпусе имеются отверстия куда вставляются шестерни.

Механические и эксплуатационные требования, предъявляемые к качеству детали, определяются механическими свойствами сплава ВЧ50 ГОСТ 7293– — 85, а также требованиям точности размеров и шероховатости поверхности. Способ формовки машинный на оборудовании автоматической линии «АЛИФ» в опоках с габаритными размерами 960×700х•300/300 мм, по-сырому, с использованием единой формовочной смеси. Способ формообразования — импульсное уплотнение.

В таблице 2 представлены механические свойства высокопрочного чугуна.

Таблица 2 — Механические свойства ВЧ50 ГОСТ 7293–85

Отливка «Корпус 314 — 02 — 72. 51. 050» изготавливается из высокопрочного чугуна марки ВЧ50 ГОСТ 7293–85. Чугун этой марки имеет перлитно-ферритную структуру, поэтому обладает высокой прочностью. Высокие свойства обусловлены шаровидной формой графита, которая в меньшей степени разупрочняет металлическую основу.

Вследствие более благоприятной формы графита модуль упругости ВЧ (Е = 140 — 180 ГПа) в 1,5−2 раза выше, чем модуль упругости СЧ с пластинчатым графитом при той же структуре металлической основы.

Химический состав ВЧ характеризуется повышенным содержанием углерода, составляющим 3,2−3,7%. Это обеспечивает хорошие литейные свойства чугуна и, благодаря шаровидной форме графита, не снижает механических свойств.

Содержание кремния не должно превышать 2−2,4%, для того чтобы обеспечить хорошую пластичность. Марганец способствует формированию перлитной структуры, поэтому его содержание не должно превышать 0,7%. Содержание серы в ВЧ не должно превышать 0,02%, так как она затрудняет процесс модифицирования и сфероидизации графита.

Шаровидную форму графита в ВЧ получают путем модифицирования базового серого чугуна магнием или церием. Для получения шаровидного графита необходимо строго соблюдать химический состав чугуна данной марки, также не допускается содержание примесей сверх допустимых пределов, так как примеси способствуют образованию пластинчатого графита, что снижает прочностные и пластические свойства высокопрочного чугуна.

Сера присутствует в виде сульфидов, богатых железом, или в виде эвтектики; она тормозит графитизацию, снижает механические свойства вследствие образования на границах зерен хрупкой эвтектики. Сульфидные соединения увеличивают вязкость чугуна, ухудшают жидкотекучесть и механические свойства. При содержании 0,12−0,14% серы резко увеличивается количество цементита и перлита в структуре чугуна — появляется отбел в тонких сечениях отливок.

Фосфор уменьшает растворимость углерода в чугуне и температуру эвтектического превращения. При содержании фосфора свыше 0,3% образуется фосфидная эвтектика в виде отдельных включений Fe₃P — Fe₃C — Fe, плавящаяся при 950 °C. При содержании свыше 0,6−0,7% фосфора фосфидная эвтектика выделяется в виде сплошной сетки, расположенной по границам кристаллов. По этому в чугуне для ответственных отливок должно быть менее 0,2% фосфора.

Хром увеличивает прочность чугуна при повышенных температурах и многократных нагревах. Хром повышает твердость, сопротивление износу, коррозии, но увеличивает хрупкость чугуна.

Литейные свойства ВЧ значительно отличаются от литейных свойств чугунов других типов. Они определяются главным образом повышенным содержанием углерода и кремния. Жидкотекучесть ВЧ лучше, чем жидкотекучесть КЧ или СЧ высоких марок, что позволяет изготовлять ответственные фасонные отливки с минимальной толщиной стенки до 3−5 мм. В отличие от серого чугуна высокопрочный имеет повышенную объемную усадку, как и ковкий чугун, по этому требуется установка при литье питающих бобышек.

Применение ВЧ определяется хорошим сочетанием высоких механических, эксплуатационных и технологических свойств. Высокопрочный чугун находит применение в различных областях промышленности для большой номенклатуры деталей ответственного назначения массой от нескольких килограммов до нескольких тонн, работающих в условиях высоких статических, ударных и циклических нагрузок, ВЧ применяют также для деталей, работающих под большим давлением в насосных, гидравлических и газовых установках.

Анализ технологичности конструкции детали:

Конструкция отливки должна обеспечить удобство извлечения моделей из формы, что достигается при наименьшем количестве разъемов и отъемных частей. Конструкция отливки представляет собой сопряжение простых геометрических тел. Так как отливка коробчатой формы то для того чтобы предотвратить коробление предусмотрены технологические стяжки, которые при обрубке удаляются.

Модель для отливки «Корпус» может быть извлечена из формы без применения отъемных частей и имеет одну плоскость разъема. Полость в отливке выполняется при помощи двух стержней с выводами знаковых частей, что обеспечивает устойчивое крепление его в форме. Через эти знаковые части производится вывод газов, образующихся в стержне при заливке формы расплавом.

Переходы и углы сопряжения стенок исключают вероятность получения отливки с усадочными раковинами, пористостью и трещинами, что достигается за плавных переходов от тонких сечений к сечениям большей толщины, а также радиусов закругления, галтелей, плавных сопряжений.

На поверхностях подвергающихся механической обработки предусматриваются припуски на механическую обработку. Припуски на механическую обработку назначаются по ГОСТ 26 645–85. Уклоны на знаковых поверхностях назначаются согласно ГОСТ 3212–92. Значения технологических зазоров S1 и S2 назначают согласно ГОСТ 3212–92. Значение зазора S3 принимают равным 1,5S1.

1.1.1 Выбор и обоснование выбранного способа изготовления отливки

Деталь «Корпус № 314−02−72.51.050» изготавливается на автоматической линии импульсной формовки «АЛИФ», это объясняется наличием механизации и автоматизации изготовления отливок в песчаных формах, что позволяет получить отливки необходимой точности при высокой производительности с соблюдением необходимых санитарно — гигиенических условий.

Процесс изготовления отливок на автоматической линии, по сравнению с ручной формовкой более быстрый, также отливки получаются более качественными. Для серийного производства наиболее выгодно изготавливать отливки на автоматической линии. При импульсном способе формовки достигается высокое и равномерное уплотнение смеси. Твердость формы со стороны модели составляет 90 — 95 ед. Что обеспечивает хорошее качество отливке, а также исключает некоторые виды брака по вине формы.

1.2 Расчет группы сложности отливки

Группа сложности отливки определяется по прейскуранту 25 — 01. По конструктивно — технологической сложности отливки подразделяются на 6 групп.

В прейскуранте приведены 9 классификационных признаков группы сложности. По каждому признаку для данной отливки определяется группа сложности. Группа сложности отливки определяется способом группировки признаков. Показатели, используемые для определения группы сложности представлены в таблице 3.

Таблица 3 — Группа сложности отливки

Первых групп — 3;

вторых групп — 2;

третьих групп — 2;

четвертых групп — 2;

пятых групп — 0;

шестых групп — 1.

Применяя способ группировки, отливке присваивается 4 группа сложности.

1.3 Обоснование положения отливки в форме

Выполненный анализ конструкции детали показывает её технологичность для литья в песчано-глинистые формы. Программа серийного производства позволяет разработать проект литейной технологии для автоматизированного производства. Деталь формуется на автоматической линии импульсной формовки «АЛИФ».

Для обеспечения высокого качества отливки, необходимо правильно выбрать положение отливки в форме и выбрать линию разъёма. При заливке полости формы, положение отливки должно быть выбрано таким образом, чтобы обеспечить максимально возможный вывод газов, получение точных размеров отливки, свести к минимуму вероятность образования усадочных и газовых дефектов. Количество разъёмов должно быть минимальным, а разъёмы должны быть плоскими.

Разъем формы должен обеспечивать надежное крепление стержней. При определении положения отливки в форме следует следить затем, чтобы общая высота формы была как можно меньше. Также разъём формы должен обеспечивать наименьшее количество дефектов по перекосам, чтобы сократить объем обрубных работ.

Выбор разъема формы и модели зависит от размеров литой детали, ее конструкции и характера производства. Основные требования к плоскости разъема формы:

1) плоскость разъема должна быть по возможности плоской;

2) разъем должен обеспечивать размещение стержня в нижней полуформе;

3) разъем должен обеспечить подвод металла по плоскости разъема;

4) в случае машинной формовки рекомендуется иметь один разъем.

В данном случае линия разъема проходит через ось симметрии. Так как деталь изготавливается из ВЧ50 ГОСТ 7293– — 85, то металл подводим через бобышку. Форма имеет минимальное количество стержней, поверхность разъема формы обеспечивает свободное извлечение модели из формы и удобство установки стержней.

Плоскость разъёма обеспечивает сборку формы без особых затруднений, надёжное крепление стержней, исключая их деформацию под действием сил тяжести и давления жидкого металла. Такое расположение отливки позволяет осуществить плавное и практически безударное заполнение формы жидким расплавом, исключающее разрушение отдельных участков формы и стержня.

1.4 Конструирование стержня

Стержень — часть литейной формы, предназначенная для получения полости внутри отливки или сложной наружной поверхности отливки.

В проектируемой отливке с помощью стержней необходимо получить центральное отверстие. Отверстие получаем двумя стержнями.

Стержень № 1 имеет вертикальные знаки, так как полость в отливке располагается перпендикулярно к плоскости разъема формы. Длина стержня 77 мм.

Стержень № 2 имеет горизонтальные и вертикальные знаки, так как полость в отливке располагается параллельно и перпендикулярно к плоскости разъема формы соответственно. Длина стержня 470 мм.

Размеры знаков назначаем по таблицам ГОСТ 3212– — 92.

Таблица 4 — Длина стержневых знаков

Таблица 5 — Значения технологических зазоров

1.4.1 Расчет массы стержня № 1

Тело конструируемого стержня состоит из 5 частей.

Объем стержня равен:

?V_ст = V₁+V₂+V₃+V₄+V₅, (1)

где V₁; V₂; V₃; V₄; V₅ — объемы соответствующих частей стержня, см³.

Находим объем каждой части стержня

V =рR²h, (2)

где R — радиус соответствующей части стержня, см;

h — высота соответствующей части стержня, см.

V₁ =3,148,5²2 =453,7 см³;

V₂ =3,148,5²2,2 =499,1 см³;

V₃ =3,147²4,9 =753,9 см³;

V₄ =3,145,5²2,8 = 265,9 см³;

V₅ =3,145,5²1,5 =142,4 см³.

Находим общий объем стержня

?V_ст =453,7 +499,1 +753,9+265,9 +142,4 =2115 см³

Масса стержня определяется по формуле М_ст. =?V_ст. с_ст, (3)

где с_ст. — плотность стержня, 1,5г/ см³;

М_ст = 21 151,5 = 3489 г.

1.4.2 Расчет массы стержня № 2

Тело конструируемого стержня состоит из 8 частей.

Объем стержня равен

?V_ст. = V₁+V₂+V₃+V₄+V₅+ V₆+ V₇+ V_8, (4)

где V₁; V₂; V₃; V₄; V₅; V₆; V₇; V₈ — объемы соответствующих частей стержня, см³.

Находим объем каждой части стержня

V₁ = а в h, (5)

где, а — высота соответствующей части стержня, см;

в-ширина соответствующей части стержня, см;

h — длинна соответствующей части стержня, см.

V₁ = 22 407 = 6160 см³;

V₂ = рR²h, см³;

V₂ = 3,14 5,5² 2,2 =208,9 см³;

V₃ = 3,14 5,5² 1,5 = 142,5 см³;

V₄ = 3,14 5,5² 2,2 =208,9 см³;

V₅ = 3,14 5,5² 1,5 = 142,5 см³;

V₆ = 3,14 5,5² 1,5 = 142,5 см³;

V₇ = 3,14 5,5² 2,2 =208,9 см³.

V₈ = V_А — V_Б — V_В — V_3ст.1 — V_4ст.1 — V_4ст.1, (6)

где V_А; V_Б; V_В — объемы соответствующих частей стержня, см³;

V_3ст1; V_4ст1; V_4ст1 — объемы соответствующих частей стержня № 1, см³.

V_А= 30 4522= 29 700 см³

V_Б;В= S_Б;В• h, (7)

где S_Б;В- площадь соответствующей части, см²;

h — высота соответствующей части, см.

S_Б= (ав)/2;

S_Б=(1627)/2= 216 см²;

V_Б= 21 622= 4752 см³;

S_В= (1613)/2= 104 см²;

V_В= 10 422 = 2288 см³;

V₈ = 29 700 — 4752 — 2288 — 753,9 — 265,9 — 142,4= 21 497,8 см³.

Находим общий объем стержня:

?V_ст.= V₁+V₂+V₃+V₄+V₅+V₆+V₇+V₈

?V_ст.= 6160+ 208,9+ 142,5+ 208,9+ 142,5+ 142,5+ 208,9+ 21 497,8= 28 569,5 см³

Находим массу стержня:

М_ст =?V_ст с_ст

М_ст = 28 569,5 1,65= 47 139,7 гр

1.5 Расчет количества отливок в форме

При серийном производстве отливок на автоматической линии следует располагать модели на плите так, чтобы максимально использовать площадь опок. Оптимальное расположение моделей на плите является существенным средством снижения себестоимости литья.

Заниженное количество отливок в форме приводит к снижению производства отливок при одних и тех же трудовых затратах по изготовлению формы, к нецелесообразному расходу формовочной смеси, последовательно и к перерасходу свежих формовочных материалов.

При расположении отливок на плитах необходимо правильно определить толщины слоев формовочной смеси на различных участках формы.

В форме расположена 1 отливка с габаритными размерами 273×580×328 мм. В зависимости от габаритных размеров модели, принимаем следующие размеры:

— от верха модели до верха опоки допускаемый — 70 мм, принимаем -169 мм;

— о т низа модели до низа опоки допускаемый — 90 мм, принимаем — 169 мм;

— от модели до стенки опоки допускаемый -50 мм, принимаем — 170 мм;

— между моделью и шлакоуловителем допускаемый -40 мм, принимаем — 40 мм.

1.6 Расчет припусков на механическую обработку по ГОСТ 26 645–85 массы отливки

Исходные данные

1. Номинальные размеры детали — 273?580?328;

2. Марка сплава — ВЧ 50 ГОСТ 1412– — 85;

3. Наличие ТО — ТО не производится;

4. Технологический процесс изготовления отливки — песчано-глинистые формы;

5. Масса детали — 54 кг;

6. Серийность изготовления отливок — серийное;

7. Степень механизации производства — автоматическая линия.

1.6.1 Определение точности отливки

Точность отливки определяется по ГОСТ 26 645– — 85.

Класс размерной точности определяется по таблице 9, в зависимости от габаритных размеров отливки типа сплава, наличия термической обработки, сложности отливки, серийности и степени механизации: 8; 9; 10; 11; 12; 13 т.

Для отливки средней сложности при серийном изготовлении на автоматической линии класс размерной точности принят — 11.

Степень коробления определяется по таблице 10, в зависимости от отношения наименьшего габаритного размера к наибольшему, типа сплава, наличия ТО, сложности, многократного использования формы: 3; 4; 5; 6.

Для данной отливки принята степень коробления — 5.

Степень точности поверхностей определяется по таблице 11, в зависимости от тех. процесса изготовления, наибольшего габаритного размера, типа сплава, наличия ТО, сложности отливки, серийности и степени механизации производства: 11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18.

Для данной отливки степень точности поверхностей принята — 15.

Класс точности массы определяется по таблице 13, в зависимости от тех. процесса изготовления, массы, типа сплава, наличия ТО, сложности отливки, серийности и степени механизации производства: 7 т; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14.

Для данной отливки класс точности массы принят — 11.

Допуск смещения отливки в диаметральном выражении разъема определяется по таблице 1, на уровне размерной точности отливки по номинальному размеру наиболее тонкой из стенок отливки, выходящему на разъем формы.

1.6.2 Определение припусков на механическую обработку

Номинальные размеры отливки, которые подлежат механической обработке заносим в таблицу. В данную таблицу заносим все показатели по каждому размеру.

Таблица 6 — Номинальные размеры

1.6.3 Определение массы припусков

Припуск на размер o170

M= V p, (8)

где V — объем припуска, см³;

p — плотность чугуна, 7г/ см³.

V= V₂ — V₁

V₂= р R² h, (9)

где R — радиус обрабатываемого отверстия, см;

h — высота обрабатываемого отверстия, см.

V₂= 3,148,5² 2,2= 499,1 см³

V₁ = р (R — П)² h, (10)

где П — припуск на обработку, см.

V₁ = 3,14 (8,5 0,24)² 2,2= 471,3 см³;

V= 499,1 — 471,3= 27,8 см³;

М= 27,8 7=194,6 гр = 0,194 кг.

Припуск на размер o110 (четыре отверстия)

M= V p;

V= V₂ — V₁;

V₂= р R² h= 3,14 5,5² 2,2= 208,9 см³;

V₁ = р (R — П)² h = 3,14 (5,5 — 0,22)² 2,2= 192,6 см³;

V= 208,9 — 192,6 = 16,3 см³;

М= 16,3 7= 114,1 гр. = 0,114 кг;

М=0,1144 = 0,456 кг.

Припуск на размер 328

M= V p;

V=(V₁ — V₂)П.

V₁= а₁в₁, (11)

где а₁ — ширина данной поверхности, см;

в₁ — длинна данной поверхности, см.

V₁ = 26,2•58= 1519,6 см³

V₂= а₂в_2, (12)

где а₂ — ширина данной поверхности, см;

в₂ — длинна данной поверхности, см.

V₂=4022= 880 см³;

V= (1519,6 — 880)0,25= 159,9 см³;

М= 159,9 7= 1119,3 гр = 1,1 кг.

Припуск на размер 273

М= V p;

V= (((а₁в₁) (а₂в₂)) — ()) П/2, (13)

где D₁, D₂ — диаметры данных отверстий, см.

V=(((12,529)+(2929,5)) — ()) 0,25/2= 278,9 см³;

М=278,97= 1952,3 гр = 1,9 кг.

1.6.4 Определение массы напусков

Напуск на отверстие М8 — 7Н?20/1?45° (шестнадцать отверстий) М₁= V p 16;

V= Sh, (14)

где S — площадь напуска, см²;

h — высота напуска, см.

V =1,0 1= 1,0 см³

S=, (15)

где D — диаметр напуска, см.

S= = 1,0 см²;

М₁= 1,0 7 16= 112 гр = 0,112 кг.

Напуск на отверстие o 26 Н14 (читыри отверстия):

М₂= V p 4;

V= S•h =2,7• 2,7= 7,29 см³;

S= = = 2,7 см²;

М₂= 7,29• 7• 4= 204,1 гр = 0,204 кг.

Напуск на отверстие М16 — 7Н (читыри отверстия):

М₃= V• p •4;

V= S• h= 4,0• 2,2= 8,8 см³;

S= = = 4,0 см²;

М₃=8,8• 7•4= 246,4 гр = 0,246 кг.

Напуск на отверстие М12 — 7Н (семь отверстий):

М₄= V• p •7;

V= S•h= 2,3• 2,2= 5,06 см³;

S= = = 2,3 см²;

М₄=5,06•7• 7= 247,9 гр = 0,247 кг.

Напуск на отверстие М12 — 7Н (три отверстия):

М₅= V• p •3;

V= S•h= 2,3• 1= 2,3 см³;

S= = = 2,3 см²;

М₅=2,3• 7 3= 48,3 гр = 0,048 кг.

Напуск на отверстие o51и o30:

М₆= m₁+m₂, (16)

где m₁ — масса отверстия o51, кг;

m₂ — масса отверстия o30, кг.

m₁= V₁• p• 2;

V₁= S₁• h₁= 40,8• 1,1= 44,88 см³;

S₁= = = 40,8 см²;

m₁= 44,88• 7•2= 628,3 гр;

М₃=2,3• 7• 3= 48,3 гр = 0,048 кг;

m₂= V₂• p• 2;

V₂= S₂• h₂=14,13•1,1= 15,5 см³;

S₁= = =14,13 см²;

m₂=15,5• 7• 2= 217 гр = 0,217 кг;

М₆= 628,3+ 217= 845,3 гр= 0,845 кг.

Напуск на отверстие o20:

М₇= V• p;

V= S• h= 6,28• 1,8= 11,3 см³;

S= = = 6,28 см²;

М₇=11,3• 7= 79,1 гр = 0,079 кг;

?М _н. =М₁+ М₂+ М₃+ М₄+ М₅+ М₆ +М₇= 0,112+ 0,204+ 0,246+ 0,247+ 0,048+ 0,845+ 0,079= 1,781 кг;

М _{отл. =}?М _пр + ?М _н. + М _д.=1,3317+ 1,538+ 28,1= 30,97 кг.

Масса отливки

54 — 3,65 — 1,781 — 59,431 ГОСТ 26 645– — 85.

1.6.5 Определение коэффициента использования металла

КИМ определяется путем отношения массы детали к массе отливки КИМ=, (17)

где G_д — масса детали, кг;

G_отл — масса отливки, кг.

КИМ== 0,9

1.7 Расчет литниковой системы и массы литниковой системы. Составление баланса металла. Определение коэффициента выхода годных отливок

При выборе способа расплава в форму и разработке конструкции литниковой системы необходимо учитывать, что расплав должен поступать в форму плавно без ударов о ее стенки и стержни, без завихрений, с заданной скоростью подъема уровня в форме и последовательным удалением воздуха и газов из формы.

Принимаем литниковую систему с подводом расплава по линии разъема отливки. При применении этой литниковой системы следует учитывать массу расплава и его давление на стенки формы, которое зависит от высоты стояка.

Сужающаяся литниковая система наиболее проста ее применяют для большинства отливок, имеющих глубину формы от линии разъема до 200 мм. (допустимая высота с которой входящий в форму расплав падает на дно формы не причиняя ей заметных разрушений). Такая литниковая система с последовательным уменьшением площадей поперечного сечения элементов от стояка к питателям не приводит к браку отливок.

Для лучшего регулирования скорости поступления расплава в форму и лучшего задержания шлака применяют шлакоуловитель.

1.7.1 Расчет литниковой системы по методу Озана-Дитерта

Находим суммарное сечение питателей УF_n=G/(с• t• х)=G/(с• t• м• v2g• H_р), (18)

где G — масса отливки, г;

с — плотность расплава, г/см^3;

t — продолжительность заливки, с;

х — скорость истечения расплава, см/с;

м — коэффициент расхода, равный 0,45;

g — ускорение свободного падения, см/с;

H_р — расчетный статический напор, см.

Продолжительность заливки:

t=s• vG, (19)

где G — масса отливок, кг;

s — коэффициент, учитывающий толщину стенки отливки, при толщине стенок 8 — 25 мм s соответственно равен 2,2

t =2,2• v59,469=16,97 с Расчетный статический напор:

Н_р=H-P/(2• C), (20)

где H — высота стояка от места подвода расплава в форму, см;

C — высота отливки, см;

P — высота отливки от места подвода расплава в форму, см.

H_p= 30−15,96/2• 28,7=25,6 см Подставляем полученные значения в формулу (18) и получаем:

УF_n= 59 431/(7• 16,97• 0,48v2• 981• 25,6) = 4,7 см²

Рассчитываем площадь на один питатель:

F_n=4,7/3=1,6 см²

Из соотношения УF_п: УF_шл: УF_ст = 1:1,2:1,4

F_шл = F_п• 1,2 = 4,7• 1,2 = 5,64 см²

Рассчитываем питатель:

см²

F_пит=1,6 см²

1.8 Формовочные и стержневые смеси

1.8.1 Обоснование выбранных составов

Для изготовления литейных форм и стержней применяют формовочные материалы, которые обладают хорошими технологическими свойствами:

— хорошим уплотнением в опоке;

— обладают достаточной прочностью;

— сыпучестью;

— способностью сопротивляться термическому воздействию высокой температуры;

— не выделяют пары и газа при заливке;

— способностью легко удалятся из формы при выбивке.

Исходя, из выше перечисленных требований к применяемой формовочной смеси для изготовления форм применяем единую песчано-глинистую формовочную смесь.

Таблица 8 — Состав формовочной смеси

Таблица 9 — Состав стержневой смеси (ХТС)

1.8.2 Характеристика и марки песков, глин, связующих

Главной составляющей формовочной песчано-глинистой смеси является отработанная смесь, которая перед последующим использованием проходит операции позволяющие восстановить её первоначальные технологические свойства.

Кварцевый песок обладает высокой огнеупорностью, что позволяет выдержать высокие температуры при соприкосновении с расплавом. Применяем песок 2К₂О₂О2 по ГОСТ 2138–84, с влажностью до 0,5 и температурой не более 30С.

Отработанная смесь, прошедшая магнитную сепарацию, охлажденная и просеянная через полигональное сито ячейкой 14•14 мм с температурой не более 40С. Бентонит с сырой прочностью не менее 0,9 кг/см, марки П1Т с массовой долей монтмориллонита не менее 50% и коллоидальностью не менее 80% ГОСТ 28 177, должен храниться в закрытых складских помещениях или бункерах.

Физико-механические свойства формовочной смеси представлены в таблице 10.

Таблица 10 — Физико-механические свойства смеси

Для изготовления стержней применяем холоднотвердеющую стержневую смесь. Кварцевый песок, используемый в стержневой смеси обладает высокой огнеупорностью, что позволяет стержню выдерживать высокие температуры при соприкосновении с жидким металлом. Применяем кварцевый песок марки 1К₂О₂О16 по ГОСТ 2138–84.

В качестве связующего используем смолу КФ — 65 способную за короткое время затвердевать. Для ускорения процесса затвердевание используем в качестве катализатора ортофосфорную кислоту. Стеарат кальция уменьшает прилипаемость и улучшает текучесть.

Физико-механические свойства стержневой смеси представлены в таблице 11.

Таблица 11. Свойства стержневой смеси кислотного отверждения

1.8.3 Технология приготовления смесей

Приготавливается единая формовочная смесь в смесителях вихревого типа модели ИСЛ-40 с вихревым элементом перемешивания.

Транспортируется системой ленточных конвейеров. Подается в бегуны отработанная смесь и песок через течки по реле времени. Начало и окончание подачи осуществляется пневмозадвижками установленными на течках. Перемешивание сухих составляющих смеси в бегунах в течение 30 сек.

Суспензия поступает в смесители через объемный дозатор, перемешивается смесь в течении 1,5−2,0 мин. Смесь из бегунов поступает по ленточным транспортерам ЛК-51, ЛК-52 на формовку. В конце каждой смены осуществлять чистку бегунов при помощи скребка и лопаты.

Таблица 12 — Состав суспензии

Для приготовления холоднотвердеющих стержневых смесей применяют шнековые смесители мод. 4727. Сухой кварцевый песок из одного бункера, расположенного над установкой, поступает в приёмный бункер машины, откуда через шиберный дозатор поступают в шнековый смеситель. В шнеке песок смешивается с катализатором и связующим. По мере вращения шнека все компоненты смеси смешиваются и передаются к разгрузочному патрубку, откуда смесь сразу же подаётся в ящик.

1.9 Расчет массы формы до заливки и после заливки

Расчет массы формы до заливки ведётся по формуле:

(23)

где М_опок — масса пустых опок, 500 кг;

М_смеси — масса формовочной смеси в форме, кг.

Определяем объем формовочной смеси:

(24)

где V_опок — объем опок, см³;

V_мет — объем металла, см³;

V_стерж= V_стерж1 +V_стерж2=2115+28 569,5=30 684,5 см³

Размеры опок в свету 960×700 высота верха / низа 300/300. Следовательно объем опоки определяется:

V_опок= 96• 70• 60 =403 200 см³

V_мет.= М_отл. + М_л.с /с, (25)

где М_отл — масса отливок в форме, гр (см. М _отл. — Раздел 1.6);

М_л.с — масса литниковой системы, гр, (см. М_{лит.сист.} — Раздел 1.7);

с — плотность чугуна, гр/см³, с =7 гр/см³.

V_мет = 59 431+30948 /7=12 916,7 см³;

V_{форм.смеси}=403 200 — 12 916,7 — 30 684,5= 359 598,8 см³.

Определяем массу формовочной смеси:

М_{форм.смеси}= V_{форм.смеси}• с= 359 598,8• 1,65= 593 338 гр = 593,338 кг М_ст.= М_ст.1+М_ст.2, (26)

где М_ст.1; М_ст.2 — масса стержня № 1 и стержня № 2 соответственно (см. Раздел1. 4).

М_ст =3,489+ 47,139=50,628 кг Определяем общую массу смеси:

М_смеси= М_{форм.смеси}+ М_{ст.смеси}, (27)

где М_{ст. смеси} — масса стержневой смеси, кг (см. Раздел 1.4).

М_смеси =593,338+ 50,628= 643,966 кг Определяем массу формы до заливки:

М_ф.д.з.= М_опок+ М_смеси= 500+643,966= 1143,966 кг

1.10 Характеристика модельного комплекта

Для изготовления модели выбираем металлический модельный комплект т.к., при крупносерийном и серийном производстве это является самым подходящим, потому, что обеспечивает получение отливки в определённой геометрической формы и размеров, обладает высокой прочностью и долговечностью, имеет минимальную массу и удобен в эксплуатации, сохраняет точность размеров, прочность в течении определённого времени эксплуатации.

Металлический модельный комплект изготавливается из Аl-го сплава АК 7 ГОСТ 1583– — 93. Модели из Al-го сплава обладают достаточной прочностью и несклонны к коррозии.

Модельный комплект состоит из модели отливок и элементов литниковой системы, стержневых знаков, модельных плит для установки и крепления модели отливки к литниковой системе, сушильных плит приспособлений для доводки и контроля формы и стержней.

Металлические модели, стержневые ящики, модельные и сушильные плиты делают тонкостенными, усиливая их ребрами жёсткости. Толщину стенок модели стержневых ящиков назначаем по ГОСТ 19 370– — 79.

Толщина ребер жёсткости 0.7−0.8 толщины стенок модели или ящика, толщина бортов 1.25 — 1.3 толщины стенок расстояние между рёбрами жёсткости берём не более 300 мм. Ребра и стенки модели изготавливаем с формовочными уклонами в пределах нормы.

Точность размеров и шероховатость поверхности металлических моделей и стержневых ящиков регламентируется ГОСТ 2789– — 95. Шероховатость поверхности модели второго класса точности обычно составляет R_a=2.5 мкм по ГОСТ 2789– — 95.

Знаковые части на модели выполняем заодно с контуром модели, т.к. расположение знаков на модели не затрудняет её обработку. Размеры знаковых частей выполняем в соответствии с ГОСТ 3601– — 80.

Модели элементов литниковой системы — питатели, шлакоуловители, стояк, выполняем сплошными и крепим на плите при помощи винтов. Модель крепим на плите при помощи штифтов и болтов.

Заготовки металлических плит и моделей получаем литьём в песчаные формы по деревянным моделям, так называемые промодели. Промодели изготавливаем с припусками на обработку резанием. При определении размеров деревянной промодели учитываем суммарную усадку сплава модели и отливки.

Предварительно на каждой плите делаем монтажные риски, как правило, от контрольного штыря при монтаже модели на плитах учитываем размеры и конструкцию опок.

Модель выполняем разъемной по оси симметрии, что позволяет нам применить нормальную литниковую систему.

1.11 Описание технологии изготовления формы, стержней, сборки формы, заливки, выбивки, обрубки и очистки отливки с краткой характеристикой применяемого оборудования

1.11.1 Порядок операций при формовке

Формовка отливки «Корпус» 314 — 02 72. 51. 050 проводится на автоматической линии «АЛИФ».

Перечень составных частей линии

1. Установка импульсной формовки (2 установки);

2. Механизм выдавливания (2 установки);

3. Механизм выталкивания;

4. Гидрооборудование;

5. Электрооборудование.

Устройство, работа линии и ее составных частей:

1. Линия предназначена для формовки песчано-глинистых полуформ (размер опоки в свету 960×700, высота верха / низа 300/300) методом импульсной формовки, установки стержней, сборки форм, заливки форм металлом, охлаждения и выбивки.

Все операции на линии осуществляются в автоматическом цикле за исключением установки стержней и заливки, осуществляется вручную. Линия позволяет применять механизированную и автоматизированную заливку.

Опоки, полуформы и формы транспортируются приводными рольгангами и толкателями по неприводным рольгангам, тележечным конвейером и транспортером.

Установка импульсной формовки предназначена для изготовления верхних и нижних полуформ.

Выбивная провальная решетка предназначена для выбивки кома на вибрационную инерционную выбивную решетку, где производится отделение кома смеси от отливок.

Механизм сталкивания предназначен для передачи залитой формы с тележечного конвейера под механизм выдавливания.

2. После выбивки пустые спаренные опоки конвейером роликовым подаются к рольгангу задачи опок, сталкиваются на последний толкатель и далее подаются на позицию распаровки. Здесь опоки подъемным столом поднимаются в верхние положения. При опускании стола вниз опока «верха» зависает на откидных планках. Затем механизмом перемещения опок передается до позиции импульсного агрегата. На стол импульсного агрегата механизмом подачи подмодельных плит подается модельная плита «верха». При ходе стола импульсного механизма модельная плита снимается с механизма подачи модельных плит, снимает опоку с механизма перемещения опок. При этом штыри опоки входят во втулки модельной плиты.

До этого момента траверса агрегата импульсного состоящая из импульсной головки и дозатора для формовочной смеси перемещается так, что дозатор устанавливается над системой подмодельная плита — опока — наполнительная рамка.

3. Подъемный стол прижимает эту систему (комплект) к дозатору и конечный выключатель, контролирующий прижим, дает команду открыть шибер дозатора, затем открывается жалюзийный затвор — засыпается формовочная смесь. Реле времени после необходимой выдержки дает команду на закрытие к шиберам. Гидроупоры отжимают систему (комплект); подмодельная плита, опока, наполнительная рамка от дозатора траверса перемещается в исходное положение. При этом импульсная головка устанавливается над опокой.

4. Уплотняющий механизм — импульсная головка представляет собой сосуд постоянного объема, внутри которого находится клапан. Давление сжатого воздуха в импульсной головке составляет 60…120 кгс/см".

Положение импульсной головки по отношению к комплекту технологической оснастки (наполнительной рамке и опоке, заполненных формовочной смесью, подмодельной плите с моделью, перед уплотнением смеси).

После заполнения опоки и наполнительной рамки формовочной смесью импульсная головка прижимается к наполнительной рамке и удерживается в течение нескольких секунд, пока идет наполнение головки воздухом и уплотнение смеси.

Давление сжатого воздуха, нагнетается в импульсной головке, является единственным и определяющим фактором для получения заданной степени уплотнения форм.

Сжатый воздух высокого давления от компрессора через распределитель подается в надклапанную полость и через обратный клапан и трубопровод в полость головки.

После заполнения головки воздухом до необходимого давления, распределитель соединяют трубопроводы с атмосферой. При этом воздух из полости сбрасывается в атмосферу. Полость остается при этом запертой за счет обратного клапана. За счет разности давления в полостях, клапан поднимается и воздух из полости через отверстие в седле подается в технологическую полость.

На следующей опоке цикл повторяется, формовочная смесь под действием давления распирающего воздуха, с большим ускорением перемещается в сторону подмодельной плиты с моделью, при соприкосновении с поверхностью модели или подмодельной плиты в результате резкого торможения смесь уплотняется под действием кинематической энергии столба смеси и высокого давления.

Обработанный воздух из полости прессования (равный объему наполнительной рамке) через специальные отверстия, расположенные у нижнего фланца наполнительной рамки, удаляются по воздухопроводу за пределы рабочей зоны или цеха.

При наличии вент в подмодельной плите по мере фильтрации через уплотненную формовочную смесь воздух удаляется через них.

Давление воздуха в полости прессования в начальный момент создаётся 10…12 кгс/см и затем убывает до 2…3 кгс/см в направлении подмодельной плиты.

Длительность процесса уплотнения составляет 0,02. 0,04 сек, а с учётом времени удаления отработанного воздуха до одной секунды.

После уплотнения формовочной смеси подъёмный стол импульсной засыпного механизма опускается и опока перемещается на рольганг выдачи опок.

5. Затем опока верха или низа попадает в кантователь, проходя под механизмом срезки, который срезает верхний рыхлый слой формовочной смеси. Прижимами, расположенными в рамах кантователя опока поднимается, рама механизма подачи опок убирается и комплект кантуется. Поднимается стол кантователя, поднимается к опоке до упора. Прижимы, удерживающие опоку, расходятся и стол с опокой «верха» опускается, опока передается по рольгангу выдачи опок.

6. После ухода опоки с кантователя, последний возвращается в исходное положение.

7. Позиция кантователя совмещена с устройством фрезерования литейной воронки, где осуществляется ее фрезерование и заглаживание полуформы верха. Затем полуформа верха кантуется и подается на рольганг. Полуформа низа, пропуская позицию фрезерования, кантуется и подается на рольганг, где в нее устанавливаются стержни.

8. Верхняя полуформа (опока «верха») в механизме спаривания форм столом подъемным поднимается вверх, кантуется, после чего стол опускается. Полуформа «верха» кантуется на 180°. Затем стол подъемный с полуформой «низа» поднимается вверх. При этом опоки (полуформы) «верха» и «низа» соединяются между собой. Производится зажим (крепление) опоки «верха» и спаренные опоки (полуформы) опускаются, и с рольганга выдачи опок передаются на позицию механизма сталкивания форм, где производится сталкивание их на литейный конвейер и транспортирование на участках заливки, затем на участок охлаждения, далее на участок выбивки опок. Цикл работы повторяется.

Таблица 13 — Основные технические характеристики линии

1.11.2 Технология изготовления стержней

Полость отливки располагается перпендикулярно полости разъёма формы, следовательно, стержень имеет у нас горизонтальные знаки. Размеры знаков стержня назначаем по ГОСТ 3212–92.

Размеры опорных знаков должны быть устойчивыми для обеспечения устойчивого положения стержня в момент сборки формы.

Приготовление ХТС осуществляется в шнековых смесителях мод. 4727. Смесь поступает в стержневой ящик и уплотняется трамбовкой, лишняя смесь счищается. Ящик скрепляется при помощи скоб. Выдержка стержневой смеси в ящике 5−10 мин для твердения. Извлекаем стержень из стержневого ящика.

Чтобы смесь не прилипала к модели и стержневому ящику предусмотрено разделительное покрытие — графит; керосин.

Для предотвращения пригара на отливках в смесь добавляем противопригарные покрытия и добавки. Такие как бентонит, уголь гранулированный.

Противопригарные покрытия предохраняют поверхность отливки от пригара. Для уменьшения пригара применяют краски, содержащие огнеупорные материалы и связующие вещества.

Противопригарные покрытия состоят из огнеупорной основы, связующего, растворителя и добавок предупреждающее осаждение огнеупорной основы (стабилизаторы) ускоряющих упрочнение красок (катализаторы). Огнеупорной основой для красок, форм и стержней чугунных отливок является графит.

Последовательность операций при сборке форм: осматривают полуформу, отделывают ее, обдувают сжатым воздухом. В полуформе «верха» пробивают выпора, газоотводы. Оправляют заливочную воронку. В полуформу «низа» устанавливают жеребейки, стержни, предварительно очистив их, закладные заделывают формовочной смесью, подают на сборщик. Собирают форму и подают на участок заливки.

1.11.3 Технология выбивки формы. Зачистки и обрубки литья

Процесс выбивки отливок заключается в том, что затвердевшие и охлажденные отливки извлекаются из формы.

Расчековать залитую форму.

Столкнуть залитую форму с литейного конвейера пневмоцилиндром на установку выбивки форм.

Включить вибратор и выбить отливку из формы на выбивную решетку.

Отливку по эпрон — конвейеру передать в обрубное отделение, пустые опоки передать на рольганг возврата опок.

Далее отливки подвергаются очистке в дробемётном барабане. Для обрубки заусенцев в отливках предусмотрены зубила. Зачистка отливок производится шлифовальным кругом диаметром 300 мм или шлифмашинкай. Абразивную обработку производят на обдирочных станках.

При приёме отливок применяют два вида контроля: сплошной и выборочный. Сплошному контролю подвергаем ответственные отливки, а выборочный контроль производим менее сложных отливок.

1.12 Расчет массы пригруза

При заполнении формы расплав создает давление на стенки формы, пропорциональное плотности и высоте его столба. Это может привести к тому, что под давлением расплава верхняя опока приподнимается, в результате по разъему верхней и нижней полуформ образуется щель, через которую расплав может вытечь. Чтобы исключить это на собранную форму устанавливают груз.

Для определения массы пригруза необходимо подсчитать силу действия расплава на верхнюю полуформу. Сила действия расплава состоит из силы действия жидкого металла на верхнюю полуформу и силы давления от всплытия стержня из металла:

Р=Р_мет+Р_{стержня}

Сила действия металла определяется произведением удельного давления на верхнюю полуформу, на площадь разъёма, или, это усилие равно массе воображаемого металла, расположенного над отливками и литниковой системой до верхнего уровня воронки или чаши.

1.13 Выбор плавильного агрегата, его характеристика

Высокопрочный чугун марки ВЧ50 ГОСТ 7293– — 85, механические свойства д% = 7%, НВ 153 — 245 ед.

Для плавки чугуна мы выбираем индукционную тигельную печь, так как металлургических процессов призводить не нужно, как например у стали, а так же угар элементов минимальный, улучшаются гигиенические условия труда.

Плавка производится в среднечастотной тигельной индукционной печи. Тип печи MFT Ge/St3600 kW /250Hz DUOMELT.

Печной комплекс предназначен для плавки чугуна и стали. Печной комплекс рассчитан на плавку при максимальной мощности, используя систему расплавления мощности DUOMELT.

Емкость печи 6000 кг;

Номинальная потребляемая мощность печи 3600 кВт;

Номинальная частота 250 Гц Скорость плавки чугуна © 7140 кг/ч;

Время плавки чугуна 50,4 минут;

Удельный расход электроэнергии на выплавку чугуна 520 кВт•ч/т;

Расход воды на охлаждение печи 6000 /ч.

1.14 Описание технологии плавки

Индукционная среднечастотная тигельная печь типа MFT Ge/St3600 kW /250Hz DUOMELT применяется для плавки чугуна на твёрдой завалке, а также для подогрева чугуна и доводки его до необходимого состава. Индукционная печь работает на принципе, при котором электромагнитное переменное поле индуцирует вихревые токи в металле. Электрическая энергия в металле преобразуется в теплоту, количество теплоты зависит от электросопротивления шихты.

Преимуществами индукционной печи является:

1) низкий угар;

2) общий угар металла не превышает 2−3%;

3) возможность улучшения гигиенических условий труда.

Подготовка печи к плавке:

Перед набивкой футеровки тигля необходимо осмотреть и опробовать механизм наклона печи. Проверить крепление индуктора, а так же проверить индуктор под заданным давлением воды с целью выявления возможных дефектов.

Футеровка печи набивная, кислая. Исходные материалы для набивки футеровки: 48% кварца (с содержанием не менее 95% SiО₂ и минимальным содержанием Аl₂O₃ и Fe₂O₃), 50% молотого кварца КП — 3 и 1,8% борной кислоты.

Перед плавкой осматриваем дно тигля, обмазку между витками индуктора и все места между деревянными перекладинами и асбестом, повреждение обмазки между витками замазываем пастой.

Обложить внутреннюю часть индуктора асбестовым листом толщиной 35 мм. Затем выложить дно тигля асбестовым листом общей толщиной 6 — 10 мм, а на дно тигля засыпать просеянный через сито с ячейкой 2 мм мелкозернистый кварцевый порошок. Под тигля набивают слоями толщиной 50 — 70 мм. Перед набивкой последующего слоя смеси предыдущий слой смеси разрыхляем на глубину 5 мм, чтобы получить плотную связь отдельных слоев. После набивки футеровку сушим.

Загрузка печи:

Шихту в тигель загружаем осторожно без ударов и возможно плотнее. Зона наивысшей температуры во время плавки находиться в нижней части тигля, поэтому тугоплавкие ферросплавы загружаем на дно тигля. Крупные тугоплавкие куски шихты загружают вертикально, параллельно и ближе к стенкам тигля, легкоплавкие составляющие шихты — в середину тигля.