Разработка технологического процесса изготовления отливки

Курсовая работа РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ Пояснительная записка

Введение

Выбор материала детали Эскиз детали и технологичность конструкции Выбор способа формовки Выбор положения отливки в форме и плоскости разъема модели и формы Припуски на механическую обработку и технологические припуски отливки Выбор класса точности отливки и ряда припусков Определение допусков на размеры отливки Назначение припусков на механическую обработку Выбор стержней Формовочные уклоны Прибыли, выпоры Конструкция и расчет литниковой системы Заключение Список литературы

Литейное производство — это отрасль машиностроения, технологическими процессами которой получают литые заготовки (отливки) для деталей машин: станины прокатных станов, металлорежущих станков, корпуса гидротурбин и другие отливки массой в десятки и сотни тонн и маленькие детали массой в несколько граммов для радиоэлектронной промышленности и других отраслей. Характерной особенностью литейного производства является универсальность — возможность получения самых разнообразных по массе, конфигурации, механическим и эксплутационным свойствам фасонных заготовок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов.

Темой настоящей курсовой работы является разработка технологического процесса изготовления стальной отливки литьем в разовые песчаные формы.

Целью курсовой работы является ознакомление с методикой и основными приемами разработки практической технологии литья, приобщение к работе с технической литературой и государственным стандартами, получение навыков проведения инженерных расчетов, оформления конструкторской и технологической документации в соответствии с требованиями ЕСКД и ЕСТД.

допуск стальная отливка эскиз деталь

Выбор материала детали

Поскольку в задании материал детали не указан, выберем его в соответствии с рекомендациями. Для изготовления звездочек рекомендуется использовать сталь 35Л (ГОСТ 977−88), которая имеет хорошие литейные свойства и жидкотекучесть, незначительную склонность к образованию горячих трещин. Сталь обладает хорошим сочетанием прочностных и пластических свойств, которые в целом определяют механические свойства.

Химический состав и механические свойства стали марки 35Л приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Химический состав стали 35Л, % (ГОСТ 977−88)

Таблица 2. Механические свойства (ГОСТ 977 — 88)

Литейные свойства

Температура начала затвердевания: 1480 — 1490 °C;

Показатель трещиноустойчивости К _т.у. = 0,8;

Склонность к образованию усадочной раковины К _у.р. = 1,2;

Жидкотекучесть К _ж.т. = 1,0; Линейная усадка: 2,0- 2,3%;

Склонность к образованию усадочной пористости К _у.п. = 1,0

Эскиз детали и технологичность конструкции

К факторам, влияющим на технологичность, относятся физико-химические, литейные, специальные и другие свойства; технологические особенности выбранного способа изготовления отливки — точность размеров, шероховатость поверхностного слоя, припуск на механическую обработку, структуру и механические свойства отливки, сложность ее конфигурации и т. д.

В технологичных конструкциях литых деталей должны быть предусмотрены простые, прямолинейные контуры, минимально допустимые толщины стенок в различных сечениях отливок, плавные переходы и сопряжения, ребра жесткости, достаточное количество окон и отверстий для прочного крепления стержней, конструктивные уклоны на боковых поверхностях. Кроме того, отливки на наружной поверхности не должны иметь выступающих частей, тонкостенных ребер, глубоких впадин, закрытых полостей и поднутрений, затрудняющих изготовление литейной формы, очистку и обрубку отливок.

Рис. 1 Эскиз звездочки

Как видно из эскиза детали представленного на рис. 1, конструкция звездочки удовлетворяет всем требованиям технологичности для литых деталей.

Выбор способа формовки

Учитывая массу и габаритные размеры детали, выбираем способ изготовления отливки в песчано-глинистые разовые формы в парных опоках.

Для стальных отливок требуется наиболее огнеупорные и прочные смеси, так как сталь имеет высокую температуру заливки (свыше 1500 єС).

Стержни должны иметь достаточную прочность, чтобы выдержать первоначальный напор горячего металла, должны быть податливы, в противном случае при затвердевании металла в отливке могут появиться трещины.

Состав формовочных и стержневых смесей и их физико-механические свойства приведены в таблицах 3, 4, 5.

Таблица 3Состав формовочной смеси, %

Таблица 4 Состав стержневой смеси, %

Таблица 5 Физико-механические свойства смесей

Выбор положения отливки в форме и плоскости разъема модели и формы

При выборе плоскости разъема формы следует руководствоваться следующими правилами:

1. Не допускается пересечение базовой поверхности плоскостью разъема.

2. Отливка должна располагаться в литейной форме так, чтобы ее наиболее ответственные обрабатываемые поверхности находились снизу или сбоку (по отношению к плоскости разъема формы), т.к. здесь металл всегда более плотен, менее загрязнен неметаллическими включениями и газовыми раковинами.

3. Во избежание перекоса отливку желательно располагать, если возможно, в одной полуформе.

4. Выбор плоскости разъема должен обеспечивать удобство формовки и свободное извлечение модели из формы.

5. Разъем должен быть прямолинейный, чтобы не затруднять сборку формы.

6. При изготовлении отливок типа тел вращения разъем выбирается, как правило, в плоскости двух наибольших взаимно перпендикулярных размеров

На основании этих правил расположим отливку в форме так, как показано на рисунке 2.

Рис. 2 Расположение отливки в форме

Припуски на механическую обработку и технологические припуски отливки

Припуски на механическую обработку назначают на поверхностях отливки, на которых такая обработка предусмотрена чертежом детали.

Выбор класса точности отливки и ряда припусков.

Используя ГОСТ 26 645–85 «Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку» определяем, что для данной детали необходим 10-ый класс точности размеров и масс, и 3-ий ряд припусков.

Определение допусков на размеры отливки.

Используя ГОСТ 26 645–85 определяем допуски линейных размеров отливки. Допуски размеров элементов отливки, образованные двумя полуформами и перпендикулярные к плоскости разъема, устанавливаем соответствующими классу точности размеров отливки. Допуски размеров элементов, образованные одной частью формы или одним стержнем, устанавливаем на 1−2 класса точнее.

Назначение припусков на механическую обработку.

Основной припуск на механическую обработку (на сторону) в зависимости от допусков размеров отливки назначаем, используя ГОСТ 26 645–85, дифференцированно для каждого элемента отливки. Назначаем меньшие значения припусков, так как деталь имеет грубые квалитеты точности обработки. На верхние при заливке поверхности увеличиваем припуск до значения, соответствующего следующему ряду припусков. Все назначенные припуски сводим в таблицу 6:

Таблица 6.

Рис. 3 Эскиз детали с припусками и указанием положения отливки в форме

Выбор стержней

Для получения крупных отверстий и полостей в отливке применяются стержни. Данная деталь имеет одно сквозное отверстие круглого сечения, поэтому для ее изготовления потребуется один стержень.

Места соединения литейной формы со стержнем называются знаковыми частями (знаками). Их функция заключается в обеспечении правильного и устойчивого положения стержня в форме.

Размеры знаков имеют важное технологическое значение. Они определяются удобством сборки формы, требованием точной фиксации стержня, а также с учетом действующих на стержень усилий при заливке. Размеры знаков стержней и зазоры между знаками стержней и модели принимаем по ГОСТ 3606–80 и сводим в таблицу 7.

Таблица 7.

Формовочные уклоны

Формовочные уклоны относятся к технологическим припускам, применяемым для упрощения и облегчения процесса изготовления отливки. Формовочные уклоны служат для удобства извлечения модели из формы без разрушения ее.

Уклоны назначают на поверхностях (стенках), перпендикулярных к плоскости разъема формы. Величины уклонов зависят от вида формовочной смеси, материала и высоты модели.

Используя ГОСТ 1312–80 назначим формовочные уклоны на поверхности перпендикулярные к плоскости разъема формы. Все необходимые уклоны сведены в таблицу 8.

Таблица 8.

Прибыли, выпоры

Прибылью называется специальный технологический прилив к поверхности отливки, затвердевающий позднее самой отливки; в прибыли формируется усадочная раковина, поэтому применение прибылей позволяет получить отливки без усадочных дефектов.

Прибыли применяются при изготовлении отливок из сталей, белого и высокопрочного чугуна, а также в случае тяжелых, толстостенных отливок из серого чугуна с низким содержанием углерода.

При конструировании прибылей руководствуемся следующими требованиями:

Прибыль должна застывать позже отливки и обеспечивать в течение всего периода затвердевания достаточное питание теплового узла;

Прибыль следует размещать по возможности в верхней части отливки с тем, чтобы она выполняла еще и роль выпора;

Конструкция прибыли должна обеспечивать удобство формовки и удаления ее при обрубке.

Для питания отливки устанавливаем две цилиндрические прибыли, изображенные на чертеже элементов литейной формы и отливки.

Выпоры предназначены для вывода воздуха и газа из полости формы при заливке, уменьшения динамического давления металла на форму. Для отливки данной детали выпоры не применяем, потому что их роль выполняют прибыли, расположенные в верхней части отливки.

Конструкция и расчет литниковой системы

Литниковая система представляет собой совокупность каналов и элементов литейной формы для быстрого и плавного подвода расплавленного металла в полость формы, обеспечивая ее заполнение и питание отливки при затвердевании.

Наиболее распространенные литниковые системы, применяемые для заливки отливок широкой номенклатуры, состоят из литниковой чаши или воронки, стояка, литникового хода (коллектора в случае стали), питателей.

Литниковая система должна обеспечивать:

заполнение форм за оптимальное время;

надежное улавливание шлака и неметаллических включений;

плавное поступление металла в полость формы без разбрызгивания и размывания стенок формы и стержней;

направленное затвердевание металла в отливке.

Выбрав конструкцию литниковой системы, произведем ее расчет, целью которого является определение размеров сечений основных элементов литниковой системы: питателей, коллектора, стояка.

Суммарная площадь поперечного сечения питателей определяется по формуле:

где

M — суммарная масса отливки с прибылями и выпорами;

— плотность жидкого металла;

— время заполнения формы металлом;

— коэффициент расхода литниковой системы, учитывающий потери напора жидкого металла при его движении в литниковых каналах; - ускорение силы тяжести; H_p — расчетный напор жидкого металла при заливке формы. С учетом того, что, а для жидкой стали, формула приобретает вид:

где

M берется в кг, в секундах, а H_p в метрах.

Черновая масса отливки М вычисляется по формуле

,

где m — чистовая масса детали в кг, которую находим из чертежа детали учитывая, что плотность углеродистых сталей 7820−7850 кг/м³:

.

а — коэффициент, учитывающий массу металла припусков на механическую обработку. В зависимости от величины припусков на обработку детали принимают a = 1,05−1,50. Принимаем a=1,1.

b — коэффициент, учитывающий массу металла на литниковую систему, выпоры или прибыли для стали b = 0,4 — 0,6. принимаем b=0,5.

Время заливки формы определяем по формуле для стальных отливок:

где

t — характерная толщина стенки отливки, мм;

S — коэффициент продолжительности заливки, принимаемый в зависимости от температуры металла и характера его подвода в форму.

Расчетный напор жидкого металла H_p определяется по формуле:

где

H_ст — высота стояка над питателями, м;

H_отл — общая высота отливки, м;

h — высота отливки выше места подвода металла (высота отливки над питателями), м.

м.

Величину коэффициента принимаем равной 0,7 (для толстостенных отливок = 0,7 — 0,8).

Итак, мм²

Площади поперечных сечений остальных элементов литниковой системы определяем из соотношений:

где

F_л.х. — площадь сечения литникового хода (коллектора);

F_ст — площадь сечения стояка.

Имеем: мм², мм².

Так как подвод металла к отливке осуществляется через два питателя, то площадь одного питателя равна мм².

Найдем диаметр стояка по формуле

мм

Элементы литниковой системы показаны на чертеже элементов отливки.

Заключение

Изготовление отливки осуществляется в парных опоках. В форме изготавливается одна отливка. Для того чтобы отливка имела размеры, указанные в чертеже, при изготовлении модели необходимо учесть линейную усадку, величина которой зависит от марки материала, размеров отливки и толщины стенок и составляет в данном случае 2%.

Внутренняя поверхность звездочки выполняется стержнем 1. Изготовление стержней осуществляется на автоматизированной стержневой линии. Сушка стержней производится для повышения их прочности и уменьшения газотворности. После сушки стержни подвергаются зачистке заусенцев, заделке мелких дефектов.

Наиболее ответственной операцией, в процессе изготовления отливки, является, операция сборки формы. Стержень 1 устанавливается в знаки нижней полуформы. Верхняя полуформа, с установленной на ней воронкой, опускается на нижнюю, затем одновременно с двух сторон через отверстия втулок в ушах опок пропускаются направляющий и центрирующий штыри. Собранную форму крепят четырьмя скобами (по две с двух сторон опоки).

Температурный режим заливки формы оказывает влияние на скорость, и направленность процессов кристаллизации стали в форме. Назначаем интервал температуры заливки 1580−1600°С.

При определении продолжительности охлаждения отливки в форме, за основу надо принимать определенную температуру, начиная от которой отливку можно охлаждать на воздухе без опасения получения холодных трещин. Назначаем время выдержки отливки в форме до выбивки 16 часов.

Затем отливку извлекают из опоки и передают в обрубное отделение, где она проходит предварительную отчистку, обрезку прибылей и литниковой системы, исправление небольших дефектов, термическую обработку. Готовые отливки подвергаются техническому контролю, после чего отправляются на механическую обработку. При необходимости производится зачистка поверхностей отливки наждаком.

Список литературы

1. Технология конструкционных материалов: Методические указания и задания к выполнению курсовой работы по разделам: «Литейное производство» и «Обработка металлов давлением». Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007, 61с.

2. Технология конструкционных материалов: Учебник/ Под общ. ред. А. М. Дальского. М.: Машиностроение, 2010, 512с.

3. Стандарт предприятия УГТУ — УПИ. Общие требования и правила оформления дипломных и курсовых проектов. Екатеринбург: Изд. УГТУ — УПИ, 2009, 33с.