Разработка технологического процесса изготовления отливки «RU» методом литья под давлением

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Разработка технологического процесса изготовления отливки «RU» методом литья под давлением Введение Литейное производство — отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных деталей и заготовок путём заливки расплавленного металла в форму, полость которой имеет конфигурацию требуемой детали. Литейное производство является основной заготовительной базой машиностроения, его развитие зависит от уровня машиностроительного комплекса в целом. Общее количество предприятий, входящих в машиностроительный комплекс России, составляет около 7500 единиц. Доля машиностроения в общем промышленном выпуске продукции составляет около 20%. Литейное производство выгодно отличается от других заготовительных производств (поковки, штамповки, сварки) тем, что методом литья, возможно, изготавливать заготовки, максимально приближенные по геометрии к самым сложным деталям машин. При современных литейных технологиях коэффициент использования металла достигает 95−97% в цветном литье и более 80% в чугунолитейном производстве. Без сомнения, литейное производство и в будущем сохранит лидирующее положение среди заготовительных производств.

В настоящее время в России насчитывается около 1650 литейных предприятий, которые по экспертной оценке произвели в 2006 году 7,68 млн. тонн отливок, в том числе из чугуна — 5,28 млн. тонн, из стали — 1,3 млн. тонн, из цветных сплавов — 1,1 млн. тонн.

Перспективными направлениями литейного производства являются:

— изготовление опочных и безопочных форм из ХТС на базе современных связующих, развития процессов вакуумно — пленочной формовки, методов литья по газифицируемым моделям;

— внедрение новых технологий и современного оборудования;

— максимально приблизить заготовки по форме и размерам к готовой детали;

— развитие и внедрение специальных способов литья.

Цель курсового проекта: углубить и систематизировать знания по дисциплине, разработать технологический процесс отливки «RU» методом литья под давлением.

1 Обоснование технических решений Первым этапом при выборе способа получения заготовки является оценка ее технологичности. При переходе непосредственно к выбору способа получения отливки необходимо оценить все положительные и отрицательные стороны возможных технологических процессов получения литой заготовки, т. е. провести сравнительный анализ. По возможности всегда следует выбирать такой способ литья, который обеспечил бы в отливке заданные точность и параметр шероховатости поверхности.

1.1 Выбор способа литья и типа производства Особое внимание при выборе способа литья нужно обратить: сплав, свойства сплава, массу и конфигурацию отливки. Для выбора наиболее рационального способа литья рассмотрим наиболее распространенные методы получения отливок.

Литье в разовую песчаную форму — сущность способа состоит в том, что металл заливается в одноразовую песчаную форму, под действием гравитационных сил, где контур будущей отливки получен моделью.

Преимущества: возможность изготовления отливок большой массы, низкая стоимость.

Недостатки: трудоемкость, плохие санитарные условия, большая шероховатость поверхности, толщина стенок >3мм.

Литье в кокиль — сущность способа в том, что металл заливают в многоразовую металлическую форму под действием гравитационных сил.

Преимущества: мелкозернистая структура отливок, высокие механические и эксплуатационные свойства, снижение припусков на механическую обработку, повышение производительности труда.

Недостатки: сложность изготовление и дороговизна кокиля, неподатливость формы, трудность получения отливок со сложными внутренними полостями.

Литье по выплавляемым моделям — сущность способа заключается в следующем: в пресс-форме изготавливают модель из легкоплавкого материала, её покрывают огнеупорным составом, который после химического отверждения создаёт вокруг модели прочную оболочку, модель выплавляют, оболочковую форму прокаливают и заливают расплавом.

Преимущества: повышенная точность геометрических и весовых параметров, минимальный припуск на механическую обработку, возможность заливки сплавов с высокой температурой плавления, получение отливок практически любой сложности из любых сплавов.

Недостатки: сложность и длительность технологического процесса, высокая себестоимость процесса.

Литье под давлением — сущность способа в том, что металл запрессовывается под давлением 1000 кг/см³ со скоростью в питатели 100 — 120 м/с подогретую и смазанную пресс-форму.

Преимущества: точность геометрических размеров 0,03−0,08 мм, минимальный припуск на механическую обработку 0,3- 0,8 мм, получение мелких отверстий диаметром 1,5 мм, резьба с шагом 0,75 мм, получение с толщиной стенки 0,6 мм, возможность автоматизации.

Недостатки: пресс-форма сложна в изготовление, дороговизна, ограничение по массе (60 кг) и виду сплава, наличие газовой пористости.

Применяют в массовом и крупносерийном производстве. Заливают отливки силового назначения, декоративные, отливки в виде крышек с хорошей герметичностью.

Более рациональный способ изготовления отливки «RU» является литьё под давлением т.к. отливка имеет сложную конфигурацию, мелкие отверстия, высокий класс точности, высокий класс шероховатости поверхности.

Тип производства — совокупность факторов, характеризующих степень специализации производства, его масштабов устойчивости номенклатуры выпускаемых изделий. Различают три типа производства: единичное, серийное, массовое. Тип производства рассчитывается исходя из коэффициента закрепления операций или количеством отливок одного наименования (в штуках) выпускаемых цехом за год.

Расчет типа производства производится по количеству отливок в год:

(1)

где: N — мощность цеха, кг

m — масса отливки, кг

шт С учетом брака 5%

(2)

шт На основании расчетных данных определяем тип производства. Исходя из весовой категории отливок (<20 кг) и годового выпуска отливок (>200 000 шт) выбираем тип производство — массовое. [11 табл.8]

Массовое производство характеризуется специализацией предприятия на постоянной номенклатуре изделий, выпускаемых в больших количествах.

1.2 Условие работы детали, назначение отливки и выбор сплава Деталь «RU» применяется в качестве детали автомобильного двигателя. Деталь работает в условиях статических нагрузок, высоких температур, вибраций. Исходя из условий работы детали, отливка должна отвечать следующим требованиям: иметь высокие механические свойства и жаропрочность. Исходя из требований предъявляемых отливке, сплав должен иметь следующим требованиям прочность и жаропрочность. Для выбора необходимого сплава проведем сравнительную характеристику трех сплавов АК8М; АК7ч; АК5М.

Таблица 1 — Химический состав ГОСТ 1583–93

Влияние химических элементов:

Si — повышает жидкотекучесть, снижает усадку сплава, уменьшает пластичность и коррозионную стойкость.

Mg — повышает механические свойства, увеличивает пористость.

Cu — повышает механические свойства, снижает коррозийную стойкость.

Ti — измельчает структурные составляющие сплава и, следовательно, повышает механическую прочность.

Mn — резко снижает отрицательные действие железа (примеси) на механические свойства сплава, повышает жаропрочность и снижает пористость.

По химическому составу сплавы отличаются друг от друга содержанием элементов, наиболее лучший сплав АК8М, т.к. содержит большее количество легирующих элементов и минимальное количество примесей, что приводит к улучшению свойств.

Таблица 2 — Механические свойства ГОСТ 1583–93

у_в — предел кратковременной прочности, Мпа д — относительное удлинение, %

HB — твердость по Бринеллю, Мпа По механическим свойствам сплав АК8М более прочный и пластичный. АК7ч менее хрупок. АК5М наименее прочный и пластичный.

Таблица 3 — Физические свойства литейных алюминиевых сплавов

R — удельное электрическое сопротивление, мкОм*м б * 10⁶ — коэффициент линейного расширения, 1/ ^оС л — коэффициент теплопроводности, Вт/(м* ^оС) С — удельная теплоемкость, Дж/(кг* ^оС) По физическим свойствам сплав АК8М обладает наименьшим коэффициентом линейного расширения и теплоемкостью, наибольшим коэффициентом теплопроводности. АК7ч обладает наименьшем удельным сопротивлением. АК5М обладает наименьший теплопроводностью и большой теплоемкостью.

Таблица 4 — Технологические свойства литейных алюминиевых сплавов

По технологическим свойствам сплав АК8М обладает минимальным интервалом кристаллизации, хороший жидкотекучестью, высокой герметичностью, низкой склонностью к газонасыщению, высокой работой при повышенных температурах, хорошей коррозионной стойкостью и свариваемостью. АК7ч обладает минимальной температурой литья и линейной усадкой, не склонен к образованию горячих трещин, склонен к газонасыщению, имеет хорошую коррозионную стойкость. АК5М обладает широким интервалом кристаллизации, худшей жидкотекучестью, склонен к образованию горячих трещин.

Вывод: для данной детали подходит сплав АК8М, так как по сравнению с приведенными сплавами он обладает более высокой жаропрочностью. Сплав легирован многими компонентами, что повышает его свойства и долговечность. Обладает более высокими механическими свойствами.

1.3 Выбор режима термообработки Термообработка — это совокупность операций нагрева до определенной температуры, выдержки при этой температуре и охлаждения с определенной скоростью с целью изменения внутреннего строения и в связи с этим улучшение физических, механических и технологических свойств.

Рисунок 1 — Диаграммы системы Al-Si

Основной структурной составляющей сплава является б_Al + б_Al + Si, кроме того в число структурных составляющих сплава входят (Mg, Cu, Mn, Ti).

Для отливки из сплава АК8М изготовленной методом литья под давлением термическую обработку не применяют, т.к. прочность при литье под давлением удовлетворяет требованиям, а также есть опасность вздутия и коробления отливки из-за пор со сжатым воздухом и газами в теле отливки.

2. Разработка технологического процесса Проектирование технологических процессов начинают с изучения рабочих чертежей и технических условий. Проводят контроль чертежей и проверку технологичности конструкции изделия. Затем намечают последовательность выполнения операций, выбирают оборудование и оснастку, производят расчет технологических режимов и нормирование. В случае необходимости выполняют также расчеты на точность, устанавливают припуски на обработку, промежуточные размеры и др.

2.1 Чертеж отливки При разработке чертежа отливки необходимо проанализировать конструкцию детали с учетом требований к ней, свойств сплава, серийности и решить возможность ее отливки. Чертеж отливки разрабатывается по чертежу детали и включает следующие вопросы:

— выбор положения отливки в форме, что определяет плоскость разъема формы;

— выбор базы;

— назначение припусков на механическую обработку;

— допуски на размеры и вес отливок;

— формовочные уклоны и галтели;

— отверстия и полости.

При выборе плоскости разъема следует учитывать, что извлечение отливки из пресс-формы не должно вызывать затруднений и что она должна оставаться в подвижной форме и удаляться выталкивающим механизмом. Отливка располагается в подвижной полуформе вертикально, плоскость разъема находиться у основания отливки «RU».

Базовой поверхностью называют наиболее ответственную поверхность, за которую отливку закрепляют в приспособление для механической обработки. От базовой поверхности производят разметку отливки. При выборе базовой поверхности руководствуются следующими требованиями: за базу принимают поверхности, которые не подвергаются механической обработке; базовая поверхность должна оформляться одной плоскостью пресс-формы; элементы, принятые за базу, не должны содержать литники и отъемные части. За базовую поверхность отливки принимаем внутреннюю полость отливки.

Припуски на механическую обработку назначают с целью получения заданных размеров и шероховатости поверхности детали в соответствии с чертежом. Размер припусков берётся в зависимости от вида сплава, габаритов детали, класса точности, положение отливки. Основные припуски назначают в соответствии с ГОСТ Р 53 464−2009. Припуск на механическую обработку равен 0,5 мм.

Допуски линейных размеров являются суммарными, и ограничивают погрешности, возникшие на разных стадиях изготовления отливки по всем, указанным параметрам. Для данной отливки допуски линейных размеров равны 0,28 мм в соответствии с ГОСТ Р 53 464−2009. Номинальной массой отливки является масса детали с учетом припуска на механическую обработку. Отклонение массы зависит от ее номинального значения, способа литья и точности изготовления детали. Допуски массы отливок равны 1,6% в соответствии с ГОСТ Р 53 464−2009.

Литейные уклоны служат для лучшего съема полуформ. Литейные уклоны наружных поверхностей составляют 30', внутренних 1⁰. Литейные радиусы назначают для предотвращения возникновения в отливках усадочных трещин, для сопряжения поверхностей. Литейные радиусы повышают стойкость оформляющих деталей пресс — формы. Их применяют не менее 0,5 мм.

Отверстия в отливки выполняются литьем с помощью неподвижных стержней.

Рисунок 2 — Эскиз отливки «RU»

2.2 Чертеж методики заливки (ЛПС) При разработке методики заливки решают следующие вопросы:

— выбор способа формовки

— выбор разъема формы (модели)

— определение границ, количества и мест установки стержней в форме

— выбор литниковой системы и ее расчет

— определение габаритных размеров формы

— выбор вентиляции формы

— выбор способа сборки форм

— выбор положения форм при заливке В качестве формы применяется постоянная металлическая форма — пресс-форма. Формообразующие детали изготовляют из сплавов 3Х3М3Ф, 4Х5МФС. Для других деталей пресс-форм используют конструкционные стали 35,40,40Х, 45. Пресс-форма имеет одну или несколько полостей, очертания которых повторяют форму отливки. Полость пресс — формы должны отличатся от размеров отливки на величину усадки заливаемого сплава. Пресс — формы для массового производства характеризуются надежной конструкцией. Пресс — формы для небольших деталей массового производства чаще всего делают много гнездные, в таких пресс — формах не одна оформляющая полость, а несколько, которые соединены с одним питающим литником. Применяя много гнездные пресс — формы, увеличивают производительность труда, так как за одну запрессовку в этом случае можно получить несколько отливок.

При выборе плоскости разъема следует учитывать, что извлечение отливки из пресс-формы не должно вызывать затруднений и что она должна оставаться в подвижной форме и удаляться выталкивающим механизмом. Форма должна иметь минимальное количество стержней по возможности простой конфигурации. Также следует стремиться к тому, чтобы число разъемов и стержней было минимальным. Пресс-форма имеет прямую вертикальную плоскость разъема.

В отливке используется 9 неподвижных стержней. Они устанавливаются в пресс-форме перпендикулярно плоскости разъема. Для облегчения удаления отливки стержни имеют конусность. Стержни крепятся буртиком, опирающимся на подкладную плиту.

Литниковая система представляет собой совокупность каналов, по которым жидкий металл поступает из камеры прессования в оформляющую полость пресс-формы. Различают три типа литниковых систем: прямые, внутренние, внешние. В прямой литниковой системе отсутствует подводящий канал; металл из литникового хода поступает в полость формы. Внутреннюю литниковую систему применяют для отливок, имеющих центральное или какое-либо другое отверстие, размеры которого позволяют разместить внутри полости пресс-формы подводящие каналы и питатели. Внешняя литниковая система — единственная система для подвода металла в многогнездные формы. Выбираем внешнюю литниковую систему, которая позволяет получать несколько отливок в пресс-форме. Питатель подводим к боковой стенке отливки.

Габаритные размеры формы зависят от конструкции отливки, количества отливок в форме, диаметра камеры прессования, толщины пресс-формы.

Для приема первой порции расплава, обогащенного воздушными включениями, вблизи полости пресс-формы располагают специальные резервуары — промывники, объем которых может достигать 20 — 40% от объема отливки. Промывники соединяют с полостью литейной формы каналами, толщина которых равна толщине питателей. Удаление воздуха и газа из полости пресс-форм осуществляют через специальные вентиляционные каналы. Вентиляционные каналы выполняют в плоскости разъема на неподвижной части пресс-формы, также вдоль выталкивателей. Глубина вентиляционных каналов равна 0,05−0,15 мм, а ширина 10−30 мм.

Сборка пресс-формы осуществляется на специальных стендах. Операция сборки не представляет сложности, если входящие детали правильно изготовлены и обработаны от единых баз.

Расплавленный металл заливается в камеру прессования, расположенную горизонтально по оси машины и перпендикулярно к плоскости разъема формы, непосредственно связанную с неподвижной половиной формы. В верхней части камеры имеется окно для заливки металл. При движение пресс-поршня металл через питатель заполняет рабочую полость формы.

Рисунок 3 — Эскиз пресс-формы

2.3 Маршрутная технология изготовления отливки, выбор параметров операций и их характеристика

005 Подготовка шихтовых материалов

010 Приготовление сплава АК8М

015 Рафинирование сплава

020 Заливка образцов на химический анализ

025 Контроль химического анализа

030 Подготовка машины к работе

035 Подготовка пресс-форм к работе

040 Заливка металла

045 Запрессовка жидкого металла

050 Извлечение отливок

055 Обрезание литников

060 Визуальный контроль

065 Контроль геометрии

070 Зачистка отливок

075 Исправление дефектов

080 Приемочный контроль

005 Подготовка шихтовых материалов Подготовка шихтовых материалов производится на шихтовом дворе. Перед загрузкой в печь все шихтовые материалы должны быть очищены от загрязнений, следов коррозии, масла, влаги, земли в пескоструйной камере и подогреты до температуры 100 — 150 ⁰С.

010 Приготовление сплава АК8М Применяем для плавки печь ИАТ-0,4. Тщательно просушенный и прокаленный тигель нагревают до 600 — 700 ⁰С. Затем в него загружают отходы собственного производства и чушки алюминия, после расплавления, которых вводят лигатуру Al-Si и Al-Cu при температуре 700 ⁰С и тщательно перемешивают. После их расплавления вводят лигатуру Al-Ti и Al-Mn при температуре 730 ⁰С. Магний вводят в колокольчике при температуре 700 ⁰С.

015 Рафинирование сплава Температуру доводят до 740 — 750 ⁰С и рафинируют подогретым до температуры 150 ⁰С гексахлороэтаном в количестве 0,1 — 0,2% от массы сплава. Гексахлороэтан вводят в колокольчике, предварительно измельченным и обернутым в алюминиевую фольгу, и непрерывно перемешивают до прекращения выделения продуктов реакции. После рафинирования расплав выдерживают 5 — 8 мин, так как в этот период в нем всплывают пузырьки.

020 Заливка образцов на химический анализ После приготовление сплава производится заливка образцов на химический анализ. Образцы заливают после каждой плавки.

025 Контроль химического анализа Провести химический анализ сплава на приборе ARC MET 8000. При несоответствии химического состава сплава марке произвести подшихтовку расплава. Повторно произвести химический анализ.

030 Подготовка машины к работе Перед началом работы проверить все технические параметры машины (давление воздуха, масла и т. д.), проверяют затяжку всех болтов пресс-формы. Произвести смазку машины (масло индустриальное И-20), смазывают направляющие колонки и втулки, цилиндры системы выталкивания отливок, направляющие траверсы. Проверить работу машины в действии: произвести раскрытие и холостое прессование.

035 Подготовка пресс-формы к работе Убедиться, что форма крепко закреплена, плотно закрывается, и все механизмы ее работают исправно. Произвести нагрев формы электронагревом до температуры 200⁰С. Смазать детали камеры прессования (наполнительный стакан, поршень). Смазка наносится манипулятором ЛМС 100.

040 Заливка металла Заливка производится при температуре 630 ⁰С с помощью дозатора манипулятора А9740. По команде оператора поступающей с машины, рычаг поворачивает ковш к заливочному окну и выливает металл в камеру прессования. В этом положение ковш выдерживается в течение времени необходимого для слива остатков металла, после чего подается команда на прессование и обратный ход ковша и рычага к раздаточной печи САТ-0,25. Ковш опускается в металл на глубину ниже уровня металла в печи. Измерительный преобразователь уровня определяет глубину погружения ковша в металл независимо от измерения уровня металла в печи по мере ее опорожнения. По команде оператора ковш поднимается с печи. При этом излишки металла сливаются обратно в печь, ковш останавливается над печью до поступление команды на следующий цикл перемещения.

045 Запрессовка жидкого металла Включение машины для лить под давлением 711А10 производится нажатие двух кнопок. Происходит запуск гидропневматического аккумулятора, который приводит в движение пресс-поршень, металл через литниковые каналы заполняет рабочую полость формы. Отливки охлаждаются в пресс-форме 6 сек.

050 Извлечение отливок Манипулятор-съемник ЛМ10Ц83.01 захватывает готовые отливки, сопровождает ее при выталкивание, и выносит из рабочей зоны и укладывает в штамп обрезного пресса.

055 Обрезание литников Производим обрезку литников и облоя на прессе П-16. В нижней неподвижной плите предусмотрено окно для удаление литников. Отливки из верхней подвижной части удаляются гидровыталкивателями. Для улавливания выталкиваемой отливки из пресса и сбрасывания ее в тару, прессы имеют подвижные лотки.

060 Визуальный контроль Контролер осматривает отливку на наличие трещин, на качество поверхности, сравнивает с эталоном.

065 Контроль геометрии Контролер проверяет отливку по геометрии штангенциркулем на размеры, указанные в чертеже отливки.

070 Зачистка отливок Зачистка деталей производится на обдирочно-шлифовальном стационарном станке М3−48. Зачистка производится от остатков литниковой системы.

075 Исправление дефектов Основным средством исправления дефектов отливок является заварка аргонодуговой сваркой, заделка эпоксидными замазками (ЭД-5, ЭД-6, ЭД-20).

080 Приемочный контроль Визуально проверить отливку, выписать сопроводительную карту.

2.4 Контроль отливок Целью контроля является выявление дефектов в отливках и определения соответствия химического состава, механических свойств, структуры и геометрии. Правильно разработанный технологический процесс и четкое исполнение разработанной и утвержденной технологии обеспечивает хорошее качество деталей. Все методы контроля качества отливок можно подразделить на разрушающий контроль и неразрушающий контроль.

Разрушающий контроль может производиться как на специальных образцах, так и на образцах, вырезанных из различных участков контролируемой отливки, но в этом случаи дальнейшие использование отливки по назначение становиться невозможным. Разрушающие методы контроля предусматривают определение химического состава, механических свойств, макрои микроструктуры.

Неразрушающий контроль не влияет на дальнейшую работоспособность отливок, и они остаются полностью пригодными к эксплуатации, поэтому неразрушающий контроль более важен для современного машиностроения. Различают следующие методы неразрушающего контроля: контроль геометрии, визуальный контроль, рентгенконтроль, оптический, радиационный, ультразвуковая дефектоскопия, цветная дефектоскопия, люминесцентный контроль и т. д.

Для отливки «RU» применяются следующие виды контроля:

Контроль химического состава. В цеховой или заводской лаборатории проверку состава сплава производят методом спектрального анализа. Спектральный анализ основан на рассмотрении спектра лучей, излучаемых при воздействии лугового разряда на поверхность материала. По спектру определяется качественный и количественный состав сплава. Химическому анализу подвергаются расплавы всех плавок. Проверяют основные элементы Визуальный контроль. Чистоту поверхности отливок оценивают визуально, сравнивая их с эталоном. Отливки, имеющие дефекты, сравнивают с допустимыми дефектами утвержденных эталонов или описанными в технических условиях.

Контроль геометрии. Геометрические размеры проверяют по литейному чертежу, на котором обычно указаны только те размеры, которые следует проверять в литейном цехе. Проводят два вида контроля: периодический контроль всех размеров отливки и постоянный контроль колеблющихся размеров. Все размеры отливок проверяются при освоении новой пресс-формы после ее изготовления и доводки. В этом случае все отливки нескольких партий обмеряют, результаты сверяют с размерами чертежа; чтобы получить точные размеры ребер и стенок, отливки разрезают на части. При длительной работе пресс-формы размеры оформляющей полости изнашиваются, поэтому периодически производят контроль размеров отливок. Проверку размеров отливок ведут от базовых поверхностей, от которых их затем обрабатывают в механическом цехе.

Приемочный контроль. Проверяется визуально качество готовой отливки, выписывается сопроводительная карта.

Таблица 5 — Дефекты отливок при литье под давлением

3. Расчеты

3.1 Расчет литниковой системы Площадь сечения питателя при литье под давлением — всегда наиболее узкое место литниковой системы, рассчитывают его по формуле:

F_пит = (М*1000)/(p₁* щ_вн * t₁) (3)

где М — масса отливки с литниковой системой, кг

p₁ — плотность расплава, кг/м³ [2 табл. 8]

щ_вн — скорость выпуска расплава, м/с

t₁ — продолжительность заполнения форм, c

F_пит = (2,639*1000)/(2700*30*0,081) = 0,4 м²

Определяем скорость выпуска расплава:

щ_вн = 15*К₁*К₂ (4)

где К₁ — коэффициент, учитывающий тип отливки К₂ — коэффициент, учитывающий давление на сплав.

щ_вн = 15*1*2=30 м/с Таблица 6 — Коэффициент, учитывающий тип отливки

Таблица 7 — Коэффициент, учитывающий давление на сплав

Определяем продолжительность заливки формы:

ф_зап = К₃ К₄ * 0,06 (5)

где Кз — коэффициент учитывающий тип сплава К4 — коэффициент, учитывающий среднюю толщину стенки отливки.

ф_зап = 0,9*1,5*0,06 = 0,081 сек Таблица 8 — Коэффициент учитывающий тип сплава

Таблица 9 Коэффициент, учитывающий среднюю толщину стенки

Таблица 10 — Температура формы

Определение размеров питателя:

Толщина питателя:

h_пит = (0,8 … 1,0) * у_отл (6)

h_пит = 1*9 = 9 мм где у_отл — толщина отливки в месте подвода металла, мм Ширина питателя, мм:

b_пит = f_пит / h_пит (7)

b_пит = 400/9 = 44 мм Длина питателя, мм:

l_пит = (4 … 6)* h_пит (8)

l_пит = 4*9 = 36 мм Определение размеров камеры прессования:

F_кп. = х_ж / [(0,7…0,8)* l_кп] (9)

где F_кп. — площадь сечения камеры прессования, см²

l_кп — длина рабочей камеры прессования

1_кп = 1,25*L (10)

1_кп = 1,25*7,45 = 9,31 см где L — длина отливки, cм х_ж — объем жидкого металла, см³

х_ж = х_отл + х_пит + х_пр.ост + х_пром (11)

где х_отл. — объем отливки, см³

х_пит. — объем питателей, см³

х_{пр. ост.} — объем пресс — остатка, см³

х_пром — объем промывника, см³ (находится исходя из таблицы 11)

Объем отливки:

х_отл = m/ p₁ (12)

где m — масса отливки, г

p₁ — плотность расплава, г/см³

х_отл = 1820/2,7 = 674 см³

Объем питателей:

х_пит. = h_пит* b_пит* l_пит (13)

х_пит. = 0,9*3,1*3,6 = 10,04 см³

Объем пресс — остатка:

х_пр.ост = 0,4* х_{отл. ,} (14)

х_пр.ост = 0,4*674 = 242,64 см³

Объем промывника:

х_пром = (s*h*)+((1/3*H*(*B+

*b+)+((1/3*р*H*(b²+Bb+B²)/2)) (34)

х_пром

=(5*1,5*30)+((1/3*15(30*16+30*12+))+((1/3*3,14*15

*(12²+16*12+16²)/2)) = 225+3910,41+4182,48 = 8317,89 мм³ = 8,32 см³

х_ж = 674 + 10,04+ 242,64 + 8,32 = 935 см³

Таблица 11 — Размеры промывников в зависимости от толщины стенки отливки, мм

F_кп = 935 / [0,8* 9,31] = 125,54 см²

Определение диаметра камеры прессования:

d_кп = (15)

d_кп = = 12,64 см Расчёт скорости прессования Расчёт скорости прессования щ_пр. ведётся по формуле отливка сплав контроль качество деталь щ_пр = (16)

щ_пр = = 9,6 м/с Под скоростью прессования понимают скорость перемещения плунжера за период заполнения формы прессования.

Определение усилия прессования:

Р _пр = Р_ин + Р_гд + Р_см + Р_газ + Р_мет + Р_{мат ,} (17)

где Р_пр — усилие прессования, кГс Р_ин — усилие необходимое на преодоление инерционных сил, кГс

P_{ин =} (18)

где g = 981 — ускорение свободного падения, см/с²

P_{ин =} = 159 216 Гс = 159,22 кГс

Р_гд — усилие необходимое для преодоления местных гидродинамических сопротивлений литниковой системы, кГс Р_гд = Р_ин? ж _{с ,} (19)

где ж ссуммарный коэффициент местных гидравлических сопротивлений формы и литниковой системы.

(20)

где о₁ = 0,98

о₂ = 0,45

F_отл — площадь сечения отливки, перпендикулярная питателю, см

= 7,63

Р_гд = 159,22*7,63 = 1214,85 кГс Р_см — усилие смятия образовавшейся твёрдой корки металла пуансоном в камере прессования, кГс Р_см =? _кор? у _с (21)

где у_с — предел прочности на смятие корки металла вблизи температуры солидуса, у_с=50 кГс/см

f_кор — площадь сечения затвердевшей корки

(22)

где б =0,3 …0,5 ккал/см²•с с — плотность расплава, г/см³

t_кр — температура заливки, °С [1 табл.2.2]

t_ф — температура формы, °С (находится исходя из таблицы 10)

ф_охл — время охлаждения отливки ~ 1 сек [1 рис. 3.38]

= 254,5 см²

Р_см = 254,5*50 = 12 725 кГс Р_газ — усилие на преодоление противодавления газов в полости формы, кГс Р _газ = n? Р _2газ? ? _пит (23)

где n — поправочный коэффициент, n=(3−4)

Р_2газ — противодавление газов, кГс Р _{2 газ} = Р _{1 газ}* Т_мет / Т_ф (24)

где P_1газ — давление газа в форме до ее заполнения, кГс; Р_1газ = 1 кГс Т_мет — температура металла, равная температуре ликвидуса расплава, К (находится исходя из таблицы 4)

Т_ф — температура формы, К Р _{2 газ} = 1*910 / 473 = 1,92 кГс Р _газ = 3*1,92_*40 = 230,4 кГс Р_мет — усилие на создание напора для поднятия металла до верхнего уровня полости формы, кГс

P_мет = H *с*F_отл (25)

где Н — высота отливки над осью камеры прессования, см

F_отл — площадь отливки, см²

F_отл = ?r*n*a (26)

где r — радиус вписанной окружности, см

n — число сторон правильного многоугольника, n = 8

a — сторона правильного многоугольника, см

F_отл = ?*6,9*8*2,9 = 80,04 см²

P_мет = H *с* F_отл. = 0,9*2,7*80,04 = 194,49 Гс = 0,19 кГс Р_нат — усилие для преодоления сил поверхностного натяжения расплава питателях, кГс Р_нат = * У F_пит (27)

где r — половина толщины питателя, см

= 1

r = h_пит/2 (28)

r = 0,9/2 = 0,45 см Рнат = * 40 = 4444,4 кГс Р _пр = 159,22+1214,85+12 725+230,4+0,19+4444,4 = 18 774,06 кГс Расчёт площади сечения вентиляционных каналов Ширина вентиляционных каналов, м

(29)

где — площадь вентиляционных каналов, м

h_k — необходимая толщина вентиляционных каналов, м

h_k = (0,10−0,20) м Площадь вентиляционных каналов, м

(30)

где n — коэффициент запаса, n = (2−3)

(31)

= 0,002 м² (32)

= 0,004 м²

где t_ф — температура формы, К

D = 0,086 град / м для газов, заполняющих форму

P₁— давление в полостях формы перед впуском расплава P₁= 1 кГс/см²

P₂— давление в полостях формы после впуска расплава, Р₂< 5 кГс/см²

— ускорение свободного падения, 9,81 м/с²

= 0,004 м²

= 0,02 м Расчёт усилия запирания.

Р_зап = Р_ст + Р_уд (33)

где Р_ст — статическое усилие запирания, кГс

(34)

где Р_пр — усилие прессования, кГс

F_n — сумма площадей проекций на плоскость разъема формы, см²

F_п = 2F_отл + 2F_пром + 2F_пит + F_кп (35)

где F_пром — площадь промывника,

F_пит — площадь питателя Площадь промывника

F_пром = (l *s + L*B) (36)

F_пром = (3*0,5 + 4*1,6) = 7,9 см²

Площадь питателя

F_пит = b_пит* l_пит (37)

F_пит = 3,1* 3,6 = 11,16

F_n = 2*80,04 + 2*7,9 +2*11,16 +125,54 = 323,74 см² (38)

где F_пит — площадь питателя, см²

F_пит = l _пром* b_пром (39)

где n — количество промывников, шт

= 48 414,16 кГс где Р_уд — сила удара, кГс

(40)

где n — поправочный коэффициент, n=(0,6−0,7)

Е — модуль упругости расплава, Е=0,7×10¹⁰ кГс/м²

р₁ — плотность расплава, г/см³

p₁^, — плотность рабочей жидкости (масла), 0,8 г/см³

g — ускорение свободного падения, 981 см/с²

С — скорость распространения звуковой волны в жидкости механизма прессования, С = 10 см/с

= 406 000 кГс Р_зап = 48 414,16+406 000 = 454 417,26 кГс Исходя из расчётных данных принимаем машину для литья под давлением 711А10. [10 табл. 8.2]

3.2 Расчет формы При разработке чертежа формы необходимо учитывать уменьшение размеров отливки за счет кристаллизации, а также учесть и предусмотреть литейные уклоны и радиусы. Габариты пресс-формы рассчитываются из таблицы 12:

Таблица 12 — Толщина стенки пресс-формы

Исходя из данных таблицы 12 принимаем толщину стенки формы — 350 мм. Принимаем следующие габаритны размеры формы (длина x ширина x высота), мм — 792×640×784.

3.3 Расчет шихты и баланса металла Произведем расчет шихты для приготовления сплава АК8М при применении 50% отходов собственного производства (возврата) и 50% первичных металлов и лигатур. Составим баланс металла на 480 т годного литья.

Плавка производится в печи ИАТ — 0,4. Расчет производится на 100 кг сплава по среднему химическому составу. Программа 480 т/год.

Химический состав сплава по ГОСТ 1583–93

Al = 88,2 — 90,8% Si = 7,5 — 9% Mg = 0,3 — 0,5% Сu = 1 — 1.5% Mn = 0,3 — 0,5% Ti = 0,1 — 0,3%

Угар компонентов сплава в процессе плавки принимаем в соответствии со справочными данными [2 табл.52]: Al = 1% Si = 1% Mg = 2% Cu = 1% Mn = 1,5% Ti = 1%

Химический состав лигатуры принимаем в соответствии со справочными данными[2 табл.38]:

Лигатура Al — Si: 13% Si 87% Al

Лигатура Al — Cu: 50% Cu 50% Al

Лигатура Al — Mn: 10% Mn 90% Al

Лигатура Al — Ti: 5% Ti 95% Al

Все полученные данные заносим в таблицу 13

Таблица 13 — Средний химический состав сплава с учетом угара

Определяем количество отходов собственного производства в виде сплава АК8М.

(101,004*50)/100 = 50,502 кг Определяем количество элементов Al, Si, Mg, Cu, Ti попадающих в рабочий сплав с отходами собственного производства.

Al = 50,502*89,5/100 = 45,2 кг

Si = 50,502*8,25/100 = 4,166 кг

Mg = 50,502*0,4/100 = 0,202 кг

Cu = 50,502*1,25/100 = 0,631 кг

Mn = 50,502*0,4/100 = 0,202 кг

Ti = 50,502*0,2/100 = 0,101 кг Остальное количество элементов необходимо ввести в рабочий сплав в виде первичных металлов и лигатур.

Кремний необходимо дошихтовать

Si = 8,33 — 4,166= 4,164 кг Для этого необходимо ввести лигатуру Al — Si

4,164*100/13 = 32,03 кг Определим количество алюминия в лигатуре

Al = 32,03 — 4,164 = 27,866 кг Магний необходимо дошихтовать:

Mg = 0,408- 0,202 = 0,206 кг Для этого необходимо ввести магний в чистом виде.

Mg = 0,206 кг Медь необходимо дошихтовать:

Cu = 1,263 — 0,631 = 0,632 кг Для этого необходимо ввести лигатуру Al — Cu

0,632*100/50 = 1,264 кг Определим количество алюминия в лигатуре

Al = 1,264 — 0,632 = 0,632 кг Марганец необходимо дошихтовать:

Mn = 0,406 — 0,202 = 0,204 кг Для этого необходимо ввести лигатуру Al — Mn

0,204*100/10 = 2,04 кг Определим количество алюминия в лигатуре

Al = 2,04 — 0,204 = 1,836 кг Титан необходимо дошихтовать:

Ti = 0,202 — 0,101 = 0,101 кг Для этого необходимо ввести лигатуру Al — Ti

0,101*100/5 = 2,02 кг Определим количество алюминия в лигатуре

Al = 2,02 — 0,101 = 1,919 кг Алюминий необходимо дошихтовать:

Для этого необходимо ввести алюминий в чистом виде. Определяем количество алюминия в чушках, с учетом алюминия, введенного с возвратом и лигатурами.

Al = 90,395- (45,2 + 27,866+0,632+1,836+1,919) = 12,942 кг По результатам расчета количества возврата, лигатур, чистых элементов, необходимых в составе шихт, составляем таблицу 14

Таблица 14 — Расчетный состав шихты на 100 кг

Определим количество составляющих шихты на плавку 0,4 т. Расчетные данные заносим в шихтовую карту (таблица 15).

Отходы собственного производства

50,502*4 = 202,008 кг Чушковый Al

12,942 *4 = 51,768 кг Лигатура Al-Si

32,03 *4 = 128,12 кг Чушковый Mg

0,206 *4 = 0,824 кг Лигатура Al-Cu

1,264 * 4 = 5,056 кг Лигатура Al-Mn

2,04 * 4 = 8,16 кг Лигатура Al-Ti

2,02 * 4 = 8,08 кг Таблица 15 — Шихтовая карта

Таблица 16 — Перерасчет шихты на 100 кг

Составляем баланс металла на 480 т годного литья.

При составлении баланса металла принято, что масса литниковой системы 0,45 раза больше массы отливок. Результаты расчета заносим в таблицу 17.

Таблица 17 — Баланс металла

3.4 Расчет количества оборудования Рассчитываем количество плавильных печей ИАТ-0,4:

N_печ= (М*К_н)/(Ф_д*q) (41)

где М — количество жидкого металла на годовую программу, т К_н — коеффициент непрерывной работы, К_н = 1,2

Ф_д — действительный фонд времени, 3575 ч

q — производительность печи, 0,29 т/ч [2 табл.6]

N_печ= (М*К_н)/(Ф_д*q) = (727,2*1,2)/(3575*0,29) = 0,84? 1 шт Технические характеристики индукционный тигельный печи ИАТ-0,4 [2 табл.6]

Установленная мощность, кВ*А — 180

Вместимость тигля, т — 0,4

Производительность по расплавлению и перегреву, т/ч — 0,29

Рассчитываем количество машин для литья под давлением 711А10:

N_маш= (N*К_н)/(Ф_д*q*n) (42)

где N — количество отливок с учетом брака в год, шт К_н — коеффициент непрерывной работы, К_н = 1,2

Ф_д — действительный фонд времени, 3575 ч

q — производительность машины для литья под давлением, 35 заливок/ч [7 табл.76]

n — количество отливок в пресс-форме

N_маш= ((N/n)*К_н))/(Ф_д*q*n) = ((276 923/3))*1,2))/(3575*35) = 0,88? 1 шт Технические характеристики машины для литья под давлением 711А10 [7 табл.74]

Усилие запирание, кН — 6300

Масса заливаемого порции алюминиевого сплава, кг — 10

Толщина пресс-формы, мм:

наибольшая — 850

наименьшая — 380

Усилие прессование, кН — 670

Ход подвижной плиты, мм — 630

Габаритные размеры, мм:

Длина — 8700

Ширина — 3500

высота — 3150

Масса, кг — 28 000

4. ОХРАНА ТРУДА Технологический процесс, организация и проведение литейных работ должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.3.002−75, ГОСТ 12.3.027−2004.

4.1 Мероприятия по технике безопасности (по ССБТ) При проведение технологического процесса на всех стадиях обработки материалов возможно действие опасных и вредных производственных факторов. Основные из них выделение паров и газов, избыточное выделение теплоты, лучистая энергия, повышенный уровень шума, наличие движущихся машин и механизмов, подвижные части производственного оборудования, системы повышенных давлений, электрический ток, психофизиологические напряжения при выполнении автоматизированных операций. Поэтому серьезное внимание необходимо уделять созданию комфортных условий труда в цехе литья под давлением и строгому соблюдению установленных правил техники безопасности.

При плавке в индукционной печи загрузку шихты, подшихтовку, перемешивание расплавленного металла, снятие шлака и отбора проб, необходимо проводить при снятом с индуктора печи напряжении. Корпус печи должен быть заземлен; кроме пускового устройства у каждой печи должен быть предусмотрен аварийный рубильник, общий для всех печей, который располагается на расстоянии не менее 10 метров от печей. Для защиты работников от воздействия электромагнитных полей высокой частоты устройства, генерирующие электромагнитные поля, должны быть снабжены экранами с таким расчетом, чтобы напряжение электромагнитного поля и интенсивность облучения на рабочих местах не превышали величин, предусмотренных санитарными нормами. Должны быть приняты меры по ограничению доступа работников к таким устройствам.

В машинах для литья под давлением ограждающие устройства должны также служить защитой от выброса металла. При этом должна применяться эффективная защита от сбоев в программах дозирования заливки и закрытия форм. Для дозированной подачи расплавленных сплавов должны применяться устройства, исключающие их пролив или разбрызгивание во время выдачи доз. Удаление отливок из пресс-форм должно производиться специальным съемником. Рукоятки управления машинами должны иметь ограждения, предотвращающие случайное их выключение. Высокое давление жидкости или воздуха, развиваемое в цилиндрах пресса и баллонах аккумулятора, требует строго соблюдения правил эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

Роботы необходимо оснащать средствами защиты, исключающими возможность воздействия на обслуживающий персонал опасных и вредных производственных факторов. С целью обеспечения безопасности оператора система управления должна иметь устройство аварийной остановки, которое срабатывает при нарушении работоспособности робота.

4.2 Мероприятия по противопожарной защите Основными причинами пожаров являются: нарушение правил и технологии выполнения операций, неисправность технологического оборудования, грубое нарушение правил пожарной безопасности и т. п. Пожарная безопасность обеспечивается мероприятиями пожарной профилактики. Под пожарной профилактикой понимается комплекс технических и организационных мероприятий, направленных на предотвращение взрывов и пожаров, на их локализацию и создание условий для успешного тушения пожаров.

Пожарная профилактика достигается путем мероприятий следующих видов.

1. Мероприятий, направленных на предотвращение возникновений пожара или взрыва. Это прежде всего предупреждение пожароопасной среды, устранение причин возникновения источника зажигания. С этой целью осуществляется герметизация оборудования, замена огневзрывоопасных материалов, использование систем вентиляции, запрещение использование открытого огня.

2. Мероприятий, предупреждающих распространение пожара и взрыва. К их числу относятся правильное расположение зданий на территории, противопожарные устройства в конструкции зданий (противопожарные преграды, огнестойкие перекрытия и т. д.), правильная планировка цехов и участков с учетом их пожарных характеристик.

3. Безопасной эвакуации людей и материальных ценностей из зоны пожара. Для этой цели разрабатывают эвакуационные выходы и пути эвакуации.

4. Мероприятий, обеспечивающих успешное тушение пожара: правильный выбор и размещение средств пожаротушения, устройство подъездов к объектам, готовность средств пожаротушения к применению.

4.3 Мероприятия по охране окружающей среды Литейный цех является источником больших тепловыделений, выделений газов, пыли, различных вредных химических соединений, шлаков и т. д.

Комплексные работы по охране окружающей среды ведутся в направлении уменьшения токсичности используемых материалов, использование ресурсосберегающих технологий, сокращение выбросов в атмосферу различных вредных газов, очистки стоков промышленных вод, уменьшения и утилизации отходов производства.

Для производственных нужд внедряется оборотное использование воды и ее очистка, в случае сброса в водоем. Избыточное выделение тепла чаще всего утилизируется и применяется для бытовых и других целей, а в ряде случаев и в основном процессе.

В литейном цеху имеются существенные источники для выброса в воздух вредных газов и паров. В плавильном отделение должны быть обязательно предусмотрены устройства для очистки выбрасываемых в атмосферу газов — продуктов плавки металла: сухие и мокрые газоочистители и пылеулавливающие установки. В зоне нахождение пресс-формы со стороны, противоположной рабочему месту оператора, необходимо устанавливать вертикальные вентиляционные панели для вытяжки. Следует иметь виду, что выделение вредных газов при литье под давлением меньше, при многих других видах литья, так как отсутствуют формы и стержни, содержащие токсичные вещества в виде технологических добавок.