Технологическая оснастка изготовления отливки детали

Министерство образования Российской Федерации Тульский государственный университет Кафедра «Оборудование и технология сварочного и литейного производства»

Контрольно-курсовая работа по курсу «Технология конструкционных материалов»

Выполнил: студент группы 121 311 Смирнов А.Ю.

Проверил: Черкес З.А.

Тула 2003

• ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНО-КУРСОВУЮ РАБОТУ
• ВВЕДЕНИЕ
• ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
• ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
• Сущность литейного производства
• Элементы литейной формы
• Литейные сплавы
• ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНЫХ ФОРМАХ
• Модельный комплект
• Формовочные и стержневые смеси
• Литниковые системы
• Изготовление литейных форм
• РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ
• МАРШРУТНАЯ КАРТА
• ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН РЕЗАНЬЕМ
• ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ
• Характеристика метода фрезерования
• Фрезерование паза
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
• ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНО-КУРСОВУЮ РАБОТУ
• 1. Разработать технологическую оснастку изготовления отливки детали (см. рис. на следующей странице) способом литья в песчано-глиняной форме. Описать технологический процесс приготовления формы отливаемой детали одним из способов машинной формовки.
• 2. Разработать технологический процесс изготовления детали (маршрутная карта) и рассчитать режимы резания (фрезерования).
• ВВЕДЕНИЕ
• Для изготовления вилки (в дальнейшем — деталь) необходимо воспользоваться способом изготовления деталей, именуемого литьем. В данной работе рассмотрен способ литья в песчано-глиняные формы с использованием машинной формовки.
• В данной работе приведены чертежи технологической оснастки для изготовления отливки изготовляемой детали, а также чертеж разъемного стержневого ящика для производства стержня; описан технологический процесс приготовления формы отливаемой детали пленочно-вакуумной формовкой — одного из способов машинной формовки; разработан технологический процесс изготовления детали (маршрутная карта), произведены расчеты режима резания (в данном случае фрезерования).
• Для упрощения понимания технологии изготовления детали в данной работе приведены некоторые схемы, эскизы и рисунки.
• ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
• ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
• Сущность литейного производства
• Литейное производство — отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специально подготовленную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.
• Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, в кокиль, под давлением, центробежное литье и другие. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.
• Элементы литейной формы
• Литейная форма — это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. Форма обычно состоит из нижней и верхней полуформ, которые изготовляют по литейным моделям в литейных опоках.
• Литейные опоки — приспособления для удерживания формовочной смеси при изготовлении формы. Верхнюю и нижнюю полуформы взаимно ориентируют с помощью цилиндрических металлических штырей, вставляемых в отверстия приливов у опок.
• Для образования полостей, отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают литейные стержни, которые фиксируют с помощью выступов (стержневых знаков), входящих в соответствующие впадины в форме. Литейные стержни изготовляют по стержневым ящикам.
• Для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, ее заполнения и питания отливки при затвердении используют литниковую систему. После заливки расплавленного металла, его затвердевания и охлаждения форму разрушают, извлекая отливку.
• Литейные сплавы
• Для производства отливок используются сплавы черных металлов: серые, высокопрочные, ковкие и другие виды чугунов; углеродистые и легированные стали; сплавы цветных металлов; медные (бронзы и латуни), цинковые, алюминиевые и магниевые сплавы; сплавы тугоплавких металлов: титановые молибденовые, вольфрамовые и другие.
• ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНЫХ ФОРМАХ
• Модельный комплект
• Модельный комплект — это совокупность технологической оснастки и приспособлений, необходимых для образования в форме полости, соответствующей контурам отливки. В модельный комплект включают модели, модельные плиты, стержневые ящики, модели элементов литниковой системы и другие приспособления.
• Литейная модель — приспособление, при помощи которого в литейной форме получают полость с формой и размерами близкими к конфигурации получаемой отливки. Литейные модели бывают неразъемными, разъемными, с отъемными частями и другие.
• Модельная плита — металлическая плита с закрепленными на ней моделями и элементами литниковой системы. Ее применяют, как правило, при машинной формовке.
• Стержневой ящик — приспособление, служащее для изготовления стержней. Стержневые ящики бывают цельными, разъемными, вытряхными и другими.
• Исходным документом для разработки чертежа модельно-литейных указаний является чертеж детали, на котором указаны разъем модели и формы, положение отливки в форме при заливке, припуски на механическую обработку формовочные уклоны, число стержней, размеры стержневых знаков, границы стержней и т. п.
• Припуск на механическую обработку — слой металла, удаляемый в процессе механической обработки отливки с ее обрабатываемых поверхностей для обеспечения заданной геометрической точности и качества поверхности детали. Припуск на механическую обработку зависит от материала отливки, способа ее изготовления, расположения отливки в форме и наибольшего габаритного размера отливаемой детали.
• Формовочные уклоны служат для удобства извлечения модели из формы без ее разрушения и для свободного удаления стержня из стержневого ящика. Уклоны выполняют в направлении извлечения модели из формы. Величина уклона зависит от материала модели, способа изготовления отливки и высоты боковой поверхности и составляет 0,5−3°.
• Галтели — скругления внутренних углов поверхности модели. Галтели облегчают извлечение модели из формы, предотвращают появление трещин и усадочных раковин в отливке. Радиус галтели принимают от 1/5 до 1/3 средней арифметической толщины стенок, образующих угол модели.
• Модели и стержневые ящики для единичного и серийного производства изготовляют деревянными, а для массового производства — из чугуна, алюминиевых сплавов, пластмасс.
• Металлические модели, модельные плиты и стержневые ящики изготовляют из литых заготовок, полученных литьем в песчаные формы по деревянным моделям. Заготовки затем обрабатывают на универсальных токарных, фрезерных, шлифовальных, сверлильных и других станках. После обработки модели монтируют на заранее подготовленных плитах.
• Металлические модельные плиты и стержневые ящики используют в массовом и крупносерийном производствах. Они более долговечны, точны, имеют малую шероховатость поверхности и не деформируются при хранении.
• Формовочные и стержневые смеси
• Формовочная смесь — это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Формовочные смеси по характеру использования разделяют на облицовочные, наполнительные и единые.
• Облицовочная смесь — это формовочная смесь, используемая для изготовления рабочего слоя формы. Такие смеси содержат повышенное количество исходных формовочных материалов (песка и глины) и имеют высокие физико-механические свойства.
• Наполнительная смесь — это формовочная смесь для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Поэтому ее приготовляют путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов (песка и глины). Облицовочные и наполнительные смеси используют при изготовлении крупных и сложных отливок.
• Единая смесь — это формовочная смесь, применяемая одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. Такие смеси применяют при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производстве. Единые смеси приготовляют из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью, чтобы обеспечить их долговечность.
• По роду заливаемого металла различают формовочные смеси для стального, чугунного и цветного литья.
• Формовочные смеси должны иметь высокую огнеупорность, достаточную прочность и газопроницаемость, пластичность, податливость.
• Стержневая смесь — это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных стержней. Стержни при заливке расплавленного металла испытывают значительные тепловые и механические воздействия по сравнению с формой, поэтому стержневые смеси должны иметь более высокую огнеупорность, газопроницаемость, податливость, малую газотворную способность, легко выбиваться из отливок и т. д.
• Стержневые смеси в зависимости от способа изготовления стержней разделяют на смеси с отверждением стержней тепловой сушкой; с отверждением стержней в нагреваемой оснастке, жидкие самотвердеющие смеси; жидкотвердеющие смеси, отверждаемые углекислым газом; холоднотвердеющие твердеющие смеси на синтетических смолах.
• Литниковые системы
• Литниковая система — это система каналов, через которые расплавленный металл подводят в полость формы. Литниковая система должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержание шлака и других неметаллических включений, выход паров и газов из полости формы, непрерывную подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке.
• Изготовление литейных форм
• Основные операции изготовления форм (формовки): уплотнение формовочной смеси для получения точного отпечатка модели в форме и придание форме достаточной прочности; устройство вентиляционных каналов для вывода газов из полости формы, образующихся при заливке; извлечение модели из формы; отделка и сборка форм. По степени механизации различают формовку: ручную и машинную.
• Ручную формовку применяют для получения одной или нескольких отливок в условиях опытного производства, при изготовлении крупных отливок (массой до 200 т). На практике используют различные приемы ручной формовки:
• 1) формовка в парных опоках по разъемной модели (наиболее распространена);
• 2) формовка шаблонами (применяют в единичном производстве для получения отливок, имеющих конфигурацию тел вращения);
• 3) формовка в кессонах (применяют при изготовлении крупных отливок массой до 200 т);
• 4) формовка в стержнях (применяют в массовом и крупносерийном производстве при изготовлении отливок сложной конфигурации);
• 5) формовка с использованием жидкостекольных смесей (применяют при изготовлении отливок массой до 40 т в серийном и единичном производствах).
• Машинную формовку применяют для производства отливок в массовом и серийном производствах. При формовке на машинах формы изготовляют в парных опоках с использованием односторонних металлических модельных плит. Машинная формовка механизирует установку опок на машину, засыпку формовочной смеси в опоку, уплотнение смеси, удаление моделей из формы, транспортирование и сборку форм. Машинная формовка обеспечивает высокую геометрическую точность полости формы по сравнению с ручной формовкой, повышает производительность труда, исключает трудоемкие ручные операции, сокращает цикл изготовления отливок. При машинной формовке формовочную смесь уплотняют прессованием, встряхиванием, пескометом, вакуумной формовкой и другими способами.
• Опишем технологический процесс пленочно-вакуумной формовки (рис. 1). Ее осуществляют в следующей последовательности: модельную плиту 1 с моделью 2 накрывают разогретой полимерной пленкой толщиной не более 0,1 мм. Вакуумным насосом в воздушной коробке 7 создают вакуум 2,6−5,2 МПа. Пленка 6 плотно прижимается к модели и модельной плите. На модельную плиту устанавливают опоку 3, которую заполняют сухим кварцевым песком 5, уплотняют его с помощью вибрации и выравнивают открытую верхнюю поверхность опоки. На верхнюю поверхность накладывают разогретую полимерную пленку 4, которая за счет разряжения 4−6 МПа плотно прилегает к опоке, что способствует уплотнению песка и устойчивости формы. После этого полуформу снимают с модели.
• Рис. 1. Схема пленочно-вакуумной формовки
• отливка форма обработка фрезерный
• Изготовляют как верхнюю, так и нижнюю полуформу, затем форму собирают. Вакуумирование продолжается не только при изготовлении полуформ, но и при их сборке, заливке и затвердевании залитого металла. При заливке металла в форму пленка сгорает. Продукты сгорания играют роль противопригарного покрытия. Этим способом изготовляют формы для отливок массой 0,1−10 т на автоматических формовочных линиях.
• РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ
• Основой для разработки технологического процесса изготовления отливки является чертеж изготовляемой детали. На копии чертежа детали в соответствии с ГОСТ 2.423−73 наносят технологические указания, необходимые для изготовления молельного комплекта, формы и стержня, и получают чертеж элементов литейной формы. Кроме того, разрабатывается документация (технологическая карта), которая содержит необходимые сведения по этапам изготовления отливки.
• Рис. 2. Литейно-модельные указания для изготовляемой детали
• При разработке чертежа (эскиза) «Элементы литейной формы» исходят из условия обеспечения качества отливки и экономичности ее изготовления. Выбирая плоскость разъема, следует помнить, что наиболее ответственные поверхности отливки целесообразно располагать в нижней части формы или вертикально, так как в верхней части отливки скапливаются дефекты — газовые раковины и шлаковые включения. Плоскость разъема выбирают с учетом удобства формовки и извлечения модели из формы. Кроме того, желательно, чтобы отливка или, по крайней мере, ее базовые поверхности для механической обработки были расположены в одной полуформе.
• На рис. 2 приведены литейно-модельные указания для изготовляемой детали. Припуски на механическую обработку 1 и размеры знаковых частей стержня определены ГОСТом. Чертеж (эскиз) «Элементы литейной формы» служит основой для разработки модельного комплекта: модели и стержневых ящиков. На рис. 2 обозначены все стержни 2, форма и размеры стержневых знаков 3, границы стержней, указаны плоскости набивки стержней. Также предусмотрены формовочные уклоны 5, служащие для удобства извлечения модели из формы без ее разрушения, и галтели 4 в местах сопряжения стенок — скругления внутренних углов поверхности модели. Размеры моделей выполняют с учетом припусков на механическую обработку, технологических припусков и усадки сплава, из которого изготавливают отливку. Отверстия, впадины и т. п., не выполняемые при изготовлении отливки детали, зачеркнуты сплошной тонкой линией 6.
• На рис. 3 показаны деревянные стержневые ящики, предназначенные для ручного изготовленья стержня.
• Рис. 3. Стержневые ящики
• При машинном изготовлении формы применяют металлические модельные плиты, на которых монтируют модели и элементы литниковой системы. На рис. 4 показана нижняя, а на рис. 5 верхняя модельные плиты для изготовления формы.
• Рис. 4. Нижняя модельная плита:
• 1 — модель
• 2 — питатели
• Рис. 5. Верхняя модельная плита:
• 3 — шлакоуловитель
• 4 — стояк
• 5 — выпоры
• Эскиз собранной литейной формы (вертикальный разрез) для разрабатываемой технологии изготовления отливки приведен на рис. 6, а готовой отливки с литниковой системой — на рис. 7. Литейная форма в сборе состоит из следующих элементов: полости формы 1, стержня 2, формовочной смеси 3, опоки нижней 4, опоки верхней 5, питателя 6, шлакоуловителя 7, стояка 8, лнтииковой чаши 9, выпора 10, газоотводящих каналов 11.
• Рис. 6. Литейная форма
• Рис. 7. Эскиз готовой отливки с литниковой системой
• После выбивки отливки — процесса удаления затвердевших и охлажденных до определенной температуры отливки из литейной формы без разрушения литейной формы — необходимо произвести обрубку отливок — процесс удаления с отливки прибылей, литников, выпоров и заливов (облоев) по месту сопряжения полуформ, — а так же очистку отливки — процесс удаления пригара, остатков формовочной и стержневой смеси с наружных и внутренних поверхностей отливки.
• МАРШРУТНАЯ КАРТА

НОМЕР ОПЕРАЦИИ	ОПЕРАЦИЯ ФОРМОВКИ
	Установить на модельную плиту нижнюю половину модели, модели питателей и нижнюю опоку.
	В опоку засыпать формовочную смесь и уплотнить.
	Опоку перевернуть на 180 градусов, установить верхнюю половину модели, модели шлакоуловителя, стояка, выпора.
	По центрирующим штырям установить верхнюю опоку, засыпать формовочную смесь и уплотнить.
	Извлечь модели стояка и выпора.
	Раскрыть форму.
	Из полуформ извлечь модели отливки, модели питателей и шлакоуловителей.
	В нижнюю полуформу установить стержень.
	Накрыть нижнюю полуформу верхней.
	Сверху положить гнет.
	Залить расплавленный металл.
	После кристаллизации металла разрушить форму и извлечь отливку.
	Выбить стержень.
	Соответственно чертежу фрезеровать.

• ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН РЕЗАНЬЕМ
• ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ
• Характеристика метода фрезерования
• Фрезерование — один из высокопроизводительных и распространенных методов обработки поверхностей заготовок многолезвийным режущим инструментом — фрезой.
• Технологический метод формообразования поверхности фрезерованием характеризуется главным вращательным движением инструмента и обычно поступательным движением подачи. Подачей может быть и вращательное движение заготовки вокруг оси вращающегося стола или барабана (карусельно-фрезерные и барабанно-фрезерные станки).
• На фрезерных станках обрабатывают горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости, фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля. Особенность процесса фрезерования — прерывистость резания каждым зубом фрезы. Зуб фрезы находится в контакте с заготовкой и выполняет работу резания только на некоторой части оборота, а затем продолжает движения, не касаясь заготовки, до следующего врезания.
• Фрезерование паза
• Рис. 8. Паз для фрезерования
• Для фрезерования паза (рис. 8) применим дисковую трехстороннюю сборную со вставными зубьями фрезу диаметром D=350 мм и числом зубьев z=0,06D=21 (для скоростной обработки стали). Т. к., то выбранная фреза является фрезой с крупным зубом. Выбираем радиальные геометрические параметры фрезы. Материал фрезы — Сталь Р9, число зубьев — z=21, ширина фрезы — B=30 мм. По таблице 2 (глава IV, [5]) выбираем значение переднего угла г=15°. По таблице 3 (там же) выбираем значение заднего угла б=12° и значение вспомогательного заднего угла б1=6°. По таблице 5 (там же) выбираем значение вспомогательного угла в плане ц1=2°.
• По размерам и характеру обработки задаемся глубиной резания. Паз фрезеруем за один проход, поэтому t=130 мм.
• По характеру обработки задаемся значением подачи. По таблице 64 (глава VI, [4]) выбираем подачу на зуб Sz=0,03. Т. к. обработка черновая, то в соответствии с примечанием 2 (там же) увеличиваем подачу в 2 раза. Окончательно имеем Sz=0.06.
• Задаемся периодом стойкости фрезы. По таблице 17 (глава VII, [4]) экономический период стойкости Т=300 мин.
• Определяем скорость резания:
• 1) по параметрам фрезы и режима резания определяем скорость резания:
• ,
• где Cv — постоянный коэффициент; D — диаметр фрезы; T — стойкость фрезы; t — глубина фрезерования; Sz — глубина подачи на зуб; z — число зубьев фрезы; B — ширина фрезерования.
• По таблице 70 и 71 (глава VI, [4]) при обработке конструкционной стали (Сталь 40 ГОСТ 1050–74, ув = 60 кгс/мм2) фрезой из быстрорежущей стали имеем: Cv =75,5; m = 0,2; xv = 0,3; yv =0,2; nv =0,1; Zv = 0,1; qv=0,25.
• Тогда
• .
• 2) Определяем поправочный коэффициент, учитывающий свойства (прочность) обрабатываемого материала:
• По таблице 76 (там же) имеем: Pv=0.6. Тогда
• 3) Находим поправочный коэффициент, учитывающий обрабатываемость стали (Сталь 40 ГОСТ 1050–74, ув = 60 кгс/мм2). По таблице 73 (там же) данной стали, имеем k0=0,8.
• 4) Находим поправочный скоростной коэффициент, учитывающий марку материала обрабатывающего инструмента (фрезы). По таблице 72 (там же) имеем kи=1 (для инструментальной стали Р9).
• 5) Окончательно определяем истинную скорость резания:
• .
• Определяем число оборотов шпинделя:
• .
• По паспорту станка 6Н84 принимаем корректировочное число оборотов шпинделя nk = 20 об/мин.
• Определяем корректированную скорость резания:
• .
• Определяем среднюю окружную силу резания:
• 1) по параметрам фрезы и режима резания определяем условную среднюю окружную силу резания:
• .
• По таблице 80 (глава 6, справочник [3]) имеем: Ср=82; хр=1,1; yр=0,8; Zp=0,95; qp=-1,1; тогда
• .
• 2) Определяем поправочный силовой коэффициент, учитывающий скорость резания. Т. к. Vk=175,84 об/мин, то по таблице 81 (глава VI, [4]) kv=0,9.
• 3) Находим поправочный силовой коэффициент, учитывающий значение переднего угла. По таблице 81 (там же) kг=1,4.
• 4) Определяем истинную среднюю окружную силу резания:
• .
• Определяем среднюю необходимую эффективную мощность:
• .
• Определяем минутную подачу:
• .
• По паспорту станка 6Н84 принимаем корректировочную минутную подачу SMk=25 об/мин.
• Определяем средний крутящий момент резания и сравниваем с крутящим моментом, который развивает станок при выбранном числе оборотов шпинделя:
• .
• Средний крутящий момент резания меньше крутящего момента станка, взятого из паспорта: 340,48 кгс· м < 860 кгс· м.
• Определяем основное технологическое время обработки:
• .
• Путь перебега ln принимаем равным 2…3 мм:
• , тогда
• .
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
• 1. Технология конструкционных материалов. Под общей редакцией Дальского А. М. М.: «МАШИНОСТРОЕНИЕ», 1985
• 2. Резание материалов. Грановский Г. И., Грановский В. Г. М.: «Высшая школа», 1985.
• 3. Основы теории резания материалов. Бобров В. Ф. М.: «МАШИНОСТРОЕНИЕ», 1975.
• 4. Справочник металлиста. Под общей редакцией Ачеркан Н. С. М.: ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, 1960. Том 4.
• 5. Справочник металлиста. Под общей редакцией Ачеркан Н. С. М.: ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, 1960. Том 5.