Проектирование и расчет подмодельной плиты

Литье — один из древнейших способов обработки металлов с целью придания изделию определенной геометрической формы. Функционально метод литья заключается в заливке расплава в специально приготовленные формы, внутренняя полость которых соответствует подлежащей изготовлению отливки. Литье является наиболее предпочтительным способом получения точных заготовок, особенно сложной конфигурации, при минимальной последующей механической обработке. Для современного состояния литейного производства характерны комплексная механизация и автоматизация технологических операций, а также использование разнообразнейших процессов литья и материалов, их обеспечивающих.

Значительная часть выпускаемого чугуна идет на производство отливок. Это связано с высокими литейными свойствами чугунов и более простой технологией плавки и разливки по сравнению со сталью. В условиях массового производства на машиностроительных и металлургических предприятиях создают специальные литейные цеха, оснащение которых позволяет выпускать отливки из любого вида чугуна. Единичное производство отливок можно организовать в условиях небольших ремонтных подразделений.

Поэтому в промышленно развитых странах наблюдается рост производства отливок. В целом (по чугунному, стальному и цветному литью) рост мирового производства отливок составил по сравнению с 2000 г.: в 2001 г. — 4,8%; в 2002 г. — 7,7%. Большая часть прироста получена за счет Китая, в то время как в развитых капиталистических странах производство отливок стабилизировалось или даже несколько снизилось, что отражает общие тенденции развития производства. Представляют интерес данные по производству отливок из различных видов чугуна. Мировое производство отливок из серого чугуна составило в 2002 г. 3,8 млн. т, высокопрочного чугуна — 1,4 млн. т, ковкого чугуна — 0,94 млн. т. Заметная доля серого чугуна используется в Китае, высокопрочного — в развитых странах. В Украине выпуск отливок из серого чугуна составил 626 610 т, высокопрочного — 40 000 т, ковкого — 10 000 т, что свидетельствует об определенном резерве для развития прогрессивных технологий.

1. Анализ конструкции детали, её назначение и технологичность

Перед тем как разрабатывать технологический процесс, технолог должен оценить технологичность конструкции детали, ее материал, технические требования с точки зрения возможности и эффективности изготовления детали в производственных условиях предприятия. При проектировании отливок стремятся к уменьшению габаритных размеров и особенно высоты литой детали. Это облегчает изготовление модельного комплекта, а также процессы формовки, сборки форм и очистки отливок. При этом отливка должна иметь один плоский разъем и располагаться по возможности в одной полуформе.

Технологичность — это одна из комплексных характеристик технического устройства, которая выражает удобство его производства, ремонтопригодность и эксплуатационные качества. Технологичность отливки оценивается с учетом общих требований, предъявляемых к изготовлению отливок методами литья. Необходимо указать, какова деталь по конструкции (к какой геометрической фигуре близка), какова толщина стенок, сравнить их с рекомендуемыми, насколько соблюдается равномерность толщин стенок, наличие плавных переходов, скруглений и т. п. В таблице 1 приведены рекомендуемые наименьшие толщины стенок для отливок из основных литейных сплавов. В проектируемой отливке стенка должна быть больше рекомендованной.

Таблица 1 — Рекомендуемые наименьшие толщины стенок отливки, мм.

Примечание 1. Толщина внутренних стенок может быть уменьшена на 5…20%.

Деталь колесо натяжное относится к группе тел вращения с габаритными размерами 72 0ммЧ160 мм. Деталь имеет центральное, гладкое, сквозное отверстие диаметром 180 мм. На поверхности расположены ребра жесткости, которые повышают устойчивость к излому и гарантируют долговечность изделия.

Натяжное колесо используется в карьерных экскаваторах, буровых станках и тракторах для натяжения гусеничной ленты с помощью механизмов натяжения.

Рис. 1. 3-D модель детали «Колесо натяжное»

Элементов, увеличивающих трудоёмкость детали не имеется. В итоге, используя результаты компьютерного проектирования детали «Колесо натяжное», можно вынести данные, необходимые для выполнения работы.

Таблица 2 — Данные о детали.

Фиксаторы для спаривания оболочек. Точность отливок, полученных в оболочковых формах, во многом зависит от точности фиксации оболочковых полуформ при их сборке. Для этой цели на полуформах выполняют конусные выступы и впадины, с помощью которых они спариваются друг с другом. Наилучшие результаты достигаются при устройстве на модельных плитах фиксаторов.

Фиксаторы для образования в оболочковой форме впадины изготовляют из стали и монтируют па плите по специальным отверстиям в ней. Фиксатор для образования выступа выполняется путем фрезерования впадин непосредственно в плите или изготовления и посадки в плите пробки с впадиной.

При массовом производстве отливок формовщику в процессе изготовления литейных форм с несколькими моделями приходится постоянно повторять одни и те же операции. Перед набивкой каждой опоки он должен раскладывать на подмодельной плите модели, в процессе отделки формы — прорезать к каждой из них питатели, вынимать из формы каждую модель в отдельности. Повторение таких операций при формовке создает неудобства в работе и отнимает у формовщика много времени. Можно значительно упростить работу формовщика, если все модели прикрепить к подмодельной плите вместе с моделями литниковой системы. В этом случае при отделке формы все модели можно вынимать одновременно, а не отдельно каждую. Операции выполнения литниковой системы в форме упраздняются. Такие плиты с прикрепленными к их поверхности моделями изделия и литниковой системы называют модельными плитами. В процессе изготовления литейных форм применять модельные плиты выгодно: не только экономится время, сокращаются некоторые операции, но и представляется возможность улучшить качество отливок. Объясняется это тем, что при формовке по отдельным моделям формовщик перед извлечением модели из формы, чтобы избежать обрыва ее стенок, смачивает края формы водой, увеличивая влажность формы.

Излишек влаги в форме приводит к образованию газовых раковин в отливке или к отбеливанию ее тонких частей. При формовке по модельным плитам такого явления не происходит, так как форма при извлечении модели не смачивается. При формовке обычным способом правильность устройства в форме литниковой системы зависит от опыта формовщика. Применение модельной плиты исключает операцию вырезания в форме элементов литниковой системы вручную, что повышает точность их выполнения, так как на плите вместе с моделями укреплена и модель литниковой системы, рассчитанная в соответствии с размерами и формой отливаемого изделия. Кроме того, формовка по модельным плитам исключает возможность получения отливок, разных по размерам и массе, что может быть при формовке по отдельным моделям, когда формовщик для удобства извлечения моделей из формы расталкивает каждую модель в отдельности и часто по-разному. Поэтому модельные плиты в современных условиях художественного и архитектурного литья получили широкое применение. Виды модельных плит, в зависимости от сложности моделей и расположения их на плите модельные плиты бывают односторонние и двусторонние. Односторонними модельными плитами называют такие, на которых модели расположены на одной стороне. В производстве художественных отливок односторонние плиты применяют для формовки простых (неразъемных) моделей. при монтировании на плите разъемной модели одну из ее частей располагают на одной стороне модельной плиты, вторую — на обратной стороне плиты соответственно расположению первой. Модельные плиты, на которых модели расположены с обеих сторон, называют двусторонними модельными плитами. Разновидностью односторонних модельных плит являются реверсивные модельные плиты. На их одной стороне помещают обе части разъемной модели. Верхние части модели располагают в одной (правой) части плиты, а нижние — в другой (левой) части. На реверсивной модельной плите формуют как верхнюю, так и нижнюю опоки. При сборке формы верхнюю опоку устанавливают на нижнюю, повернув ее на 180° в горизонтальной плоскости. Благодаря специальному расположению частей модели на плите их отпечатки при установе опок совпадают, образуя соответствующую профилю модели полость формы. Модели литниковой системы на реверсивных плитах, как правило, не располагают, так как каждая набитая на плите опока может быть и верхней и нижней. Можно использовать отъемные модели литниковой системы для нижней и верхней опок, в этом случае при набивке нижней опоки в соответствующем месте между моделями ставят модель питателей, а при набивке верхней опоки— модели шлакоуловителя и стояка.

В мелкосерийном производстве целесообразно изготовить деревянную модельную оснастку.

Пример:

Исходным документом при изготовлении модели «Крышка задняя» является чертеж элементов литейной формы выполненный в соответствии с ГОСТ 2423–73 и ГОСТ 2789–73 по нему разрабатывают чертежи элементов литейной оснастки: модельной плиты, модели отливки и модели каналов литниковой системы. При разработке чертежа отливки учитываются размеры детали, назначенные припуски и усадку сплава.

Модель изготавливают из сосны 2 сорта по І классу прочности. Отливка имеет коробчато-цилиндрическую форму, модель тоже. Направление волокон древесины должно совпадать с направлением извлечения модели.

Основание вкладыша выполняют в два слоя из 40 мм досок, продолжение сегментами из 15 — 20 мм досок. Недостающую часть вкладыша по высоте до 15 сьемов набирается четырёхгранной крестовиной, свыше 15 съёмов набирается кольцом из сегментов. Вкладыши до Ш > 500 мм модели изготовлять дисками в переклей из 15 — 20 мм досок.

Плотно подогнанные, строганные поверхности клеем и соединяем между собой с помощью зажимов струбцин. Внутренние поверхности заготовки модели обрабатывают на фрезерном станке, а наружные — на токарном.

Поверхности полученных моделей и прибылей шпаклюют с целью заделки выбоин. Состав шпаклёвки: молотый мел-70%, олифа — 10−15%, жидкий столярный клей 15−20%. Далее шпаклёванные поверхности сушат, а потом грунтуют для обеспечения гладкой поверхности и окрашивают.

После просушки краски модели отливки, модели литниковой системы и модели прибылей монтируют на подмодельной плите.

Модельная плита чугунная для опочной формовки, её конструкция зависит от типа формовочной машины, конфигурации отливки и вида формы. Наиболее часто применяют односторонние плиты, имеющие высокую жесткость и прочность. Размеры модельной плиты выбираем по ГОСТ 20 380–74.

Монтаж модели на плите осуществляют следующим образом: делают монтажные риски (размёточные) и накладывают модель так, чтобы риски модели и плиты совпали и фиксируют их контрольными штырями, модели крепят снизу плит винтами или др.

Рис. 2. Крепление деревянных моделей к металлическим плитам

Рис. 3.

Выбирается плита подопочная чугунная для опок по ГОСТ 20 382–74.

Наиболее распространенный тип универсальной плиты — гладкая плита, на поверхности которой по шаблону-сетке просверлены точные отверстия, размещаемые на равных расстояниях одно от другого (фигура 2) Обычно расстояние между отверстиями находится в пределах 50 — 150 мм, а диаметр отверстий — от 10 до 15 мм.

Шаблон, по которому сверлят отверстия в плите, накладывают на модельную плиту по ее направляющим штырям, вследствие чего сетка отверстий остается связанной с осью, соединяющей оси штырей.

По тому же шаблону просверливают в обеих сопрягающихся половинках модели 2 — 4 отверстия. Благодаря этому гарантируется, что контуры обеих половинок модели, поставленных на плите по тем же самым обозначениям отверстий, точно совпадут между собой.

металлический литье плита подъемный.

Рис. 4. Универсальная модельная плита с отверстиями: 1 — модель; 2 — дюбель; 3 — направляющий штырь; 4 — модельная плита; 5 — отверстия для крепления модели; 6- проушина для крепления плиты на машине

В этом случае к модели привинчивается накладка в виде ласточкина хвоста, которая входит в соответствующий паз, выфрезерованный в модельной плите. Модельными плитами этого типа пользуются, главным образом, для формовки на встряхивающих машинах с поворотным столом. Универсальные плиты можно заменять «модельными рамами» внутри которых крепятся деревянные модельные плиты. Такое решение выгодно, когда модельная плита имеет фасонную выгнутую поверхность разъема.

Модельная плита крепится к раме прижимными винтами, ввинчиваемыми в боковую стенку рамы, или при помощи клиньев. В местах прижима стенки модельной плиты облицовывают плитками из стального листа, привинчивая плитки шурупами.

Материалом для изготовления металлических моделей и плит служат алюминиевые сплавы АК5М2, АК5М7, АК7М2 и др. (ГОСТ 1583−93), серый чугун СЧ15, СЧ20 (ГОСТ1412−70), литейные латунь и бронза, сталь марок 15Л-45Л (ГОСТ 977−88).

Заготовки отливают, для чего сначала изготовляется деревянная мастер-модель. В мастер — модели учитывается двойная усадка, того сплава из которого будет исполнена модель, и сплава, из которого будет изготовляться отливка.

Пример:

Для получения отливки «Крышка подшипника» изготавливают промодель из сосны 2 сорта, усадка составит 1,2 + 1,5 =2,7%.

модель — алюминиевый сплав АК5М7 — усадка 1,2%,.

отливка «__________________» выполнена из стали 35Л-I — усадка 1,5%.

В сырых песчано-глинистых формах отливают две половинки модели, которые обрабатывают по разъёму, собирают между собой, исключая смещение, зажимают струбциной и просверливают сквозные отверстия диаметром 5−6мм предпочтительно в знаковых частях модели. В эти отверстия загоняют штифты, а струбцины снимают. В таком виде модель подвергается механической обработке на станках, затем штифты удаляют, половинки модели разъединяют и приступают к их монтажу на модельных плитах верха и низа.

Модельные плиты для автоматической формовки должны иметь повышенную жесткость и прочность, так как формы уплотняются на автоматических формовочных линиях под высоким давлением прессования и выполняются из чугуна или стали.

Для точной фиксации опоки на модельной плите имеется центрирующий и направляющий штыри. Температура модельных плит должна быть выше на два градуса, чем формовочной смеси и поддерживается автоматически.

Для металлических моделей толщину стенки определяем в зависимости от среднего габаритного размера (А+В)/2: (375,5+173,57)/2=274,54 мм, тогда толщина стенки t=10мм, ребер жесткости (0,7…0,8)Чt, тогда 0,8Ч10=8мм, количество рёбер жесткости определяется по табл.2 и составит 2 [6], r=80мм, h=14мм — толщина бортов, b=37мм — ширина бортов, n=23мм — высота бортов.

Проверка изготовленного модельного комплекта является ответственной операцией. Прежде всего, проверяют точность выполнения всех рабочих и соблюдение допусков на размеры. Отклонения от номинальных рабочих размеров на моделях и стержневых ящиках должны обеспечивать плюсовые допуски на отливках. Размеры знаковых частей должны иметь на моделях плюсовые, а в стержневых ящиках минусовые допуски.

Модели к плитам крепят чаще всего винтами. На двухсторонних плитах модели крепят винтами или болтами с гайками в зависимости от габаритных размеров модели. В местах крепления на металлических моделях делают утолщение стенки.

Рис. 5. Способы крепления металлических моделей к металлическим плитам

Выбирается плита подопочная чугунная для опок по ГОСТ 20 382–74.

Рис. 6. Установка модели на модельной плите

3 Расчет количества основного и подъёмно-транспортного оборудования

Своевременное выполнение производственной программы зависит от количества линий, которые рассчитываются по формуле:

Nл.р=, ед где Go — масса отливки — представителя, 90 кг. qo — производительность оборудования по отливкам, 40 шт/ч.

Nл.р = =0,74ед Принимаем 1 линию.

Количество смесителей ХТС рассчитывается по формуле:

nсм =, шт.

где УХгодовое количество формовочной смеси, м3; Тn — действительного форм времени работы оборудования, дни, qц — производительность смесителя форм/ч; qц = 35 шт/ч; p — плотность формовочной смеси 1,4.1,6 т/м3.

nсм = = 0,73 шт.

принимаем один смеситель.

Расчет основных параметров линии.

— расчет цикла линии:

фц =, мин.

фц = =1,71 мин Цикл линии — время одного оборота модельной оснастки.

— расчет такта линии:

Такт — интервал времени между выдачей двух форм сходящих с конвейера.

фт =, мин.

фт= =2,11мин.

— расчет скорости конвейера:

Vк =, м/мин.

где Lo — длина опоки в свету, м Lo=1,0 м, Кзап — коэффициент запаса скорости, Кзап =1,15ч1,2.

принимаем Кзап=1,2.

Кm — коэффициент заполнения линии, Кm=0,8ч0,9; принимаем Кm=0,8.

Vк = = 0,71 м/мин.

— Расчёт длины охладительной линии:

Lохл= фохлЧ Vк, м где фохл — время охлаждения отливки в форме, мин, фохл=1,7…3,2ч, принимаем фохл=2 ч или 120 мин.

Lохл= 120 Ч 0,71=85,2 м.

Ковш служит для транспортировки жидкого металла и заливки форм. Ковш имеет стальной кожух, стенки и дно которого изнутри выложены огнеупорным материалом. Для разливки стали — шамотом и магнезитом. Толщина слоя футеровки 65−180 мм.

По конструкции ковши бывают с носком, чайниковые, барабанные, стопорные. Для заливки средних и крупных отливок из стали — стопорные ковши.

Барабанные ковши обычно применяют при производстве тонкостенных мелких и средних отливок (когда важно сохранить температуру жидкого металла) ёмкость 250 — 5000 кг.

В чайниковых и стопорных ковшах шлак в процессе заливки задерживается лучше. Они имеют ёмкость от 20 кг до 5000 кг. Их транспортируют вручную, с помощью монорельсов, кран-балок и мостовыми кранами.

Ковши сушат и нагревают горелками или в специальных сушилах. При подготовке ковша к плавке проводят текущий ремонт футеровки: удаляют со стенок и днища ковша шлаковые и металлические настыли вместе со слоем футеровки, после этого футеровку снова восстанавливают, сушат и разогревают.

Перед заливкой металла футеровку ковшей нагревают до 500−600С и сразу же после прогрева заполняют расплавом.

Грузоподъемность крана, работающего на участке заливки, определяется в зависимости от масс жидкой, самого ковша и коэффициента запаса надежности по формуле:

Qp =, кг.

где Go — масса самой тяжелой отливки, 120 кг.

n — количество отливок, заливаемых из одного ковша, шт.

для среднего литья: n = 6…9 Принимаем n = 7.

КВГ — коэффициент выхода годного, КВГ =0,50.

Gков — масса ковша с футеровкой, кг.

Принимаем Gков = 1330 кг.

К — коэффициент запаса надежности, К=2ч3.

Принимаем К=2.

Qp = = 6020 кг.

Выбираем Qp = 10 т.

Кран мостовой электрический общего назначения среднего и тяжёлого режима работы с одним крюком ГОСТ 7131- 54:

Qp=10 т Характеристика крана:

• * высота подъема — 16 м.
• * ширина 6300 мм.
• * масса — 27 т.
• * мощность — 29,2 кВт.

Грузоподъемность крана работающего на участке формовки определяется по формуле:

Qp= Gп/ф Ч К, кг.

где Gп/ф — масса п/ формы, кг Gп/ф = 562 кг.

Qp= 562 Ч2 = 1124 кг.

Выбираем Qр= 5 т.

Грузоподъемность крана работающего на участке выбивки определяется по формуле:

Qp= Gз/ф Ч К, кг.

где Gз/ф — масса залитой формы, кг Gз/ф = 1318 кг.

Qp= 1318 Ч 2 = 2636 кг.

Выбираем Qр= 5 т.

Кран мостовой электрический общего назначения среднего и тяжёлого режима работы с одним крюком ГОСТ 7131- 54:

Qp=5 т. Характеристика крана:

• * высота подъема — 16 м.
• * ширина 6500 мм.
• * масса — 20,8 т.
• * мощность — 24,2 кВт.

Грузоподъемность передаточной тележки, подающей ковш с расплавом на участок заливки, принимается равной грузоподъемности крана на заливочном участке.

Выбираем тележку Qр= 10 т.

Грузоподъемность передаточной тележки транспортирующей модельно — опочную оснастку и стержни на участок формовки рассчитывается по формуле:

Qp= 2 Ч Gоп Ч n Ч К, кг.

где Gоп — масса опоки, кг Gоп = 164 кг.

n — количество комплектов на тележке, шт n=3ч5.

Принимаем n=3.

Qp= 2 Ч 164 Ч 2 Ч 3 = 1968.

Выбираем тележку Qp= 2 т.