Изготовление лопатки диффузора методом литья по выплавляемым моделям

Курсовая работа

на тему:

Изготовление лопатки диффузора методом литья по выплавляемым моделям

• Характеристика материала
• Обоснование технологических процессов
• Основные операции для изготовления заготовки
• Припуски и допуски на заготовку
• Применение основного оборудования
• Расчет потребления оборудования на изготовление 100 000 деталей в год
• Нормирование расхода материала
• Вывод
• Список использованной литературы

Характеристика материала

Марка материала: сталь жаропрочная высоколегированная 13×11н2в2мф-л (эи961л) мартенситного класса.

Применяется: для изготовления ответственных нагруженных деталей, работающих при температуре до +600°С; дисков компрессора, лопаток и других нагруженных деталей; прутков и полос горячекатаных и кованых, применяемых для изготовления деталей конструкций в авиастроении; цельнокатаных колец различного промышленного назначения; фасонных отливок для авиационной промышленности; азотируемых деталей для авиастроения.

Химический состав, % (ГОСТ 5632−72)

Механические свойства

Механические свойства стали при повышенных температурах

Примечание. Закалка с 1000 ^oC в масле, отпуск при 560−580 ^oC.

Технологические свойства:

Температура ковки, ^oC: начала — 1180, конца — выше 900, охлаждение на воздухе.

Рекомендуемая термическая обработка: закалка с 1000 ^oC в масле или на воздухе, отпуск низкий при 550−600 ^oC, высокий при 620−680^oC.

Свариваемость — хорошо сваривается всеми видами сварки.

Обоснование технологических процессов

Для изготовления лопатки диффузора мною был выбран метод литья по выплавляемым моделям, т.к. он позволяет получать литые детали с минимальной механической обработкой. В результате значительно снижаются трудоемкость и стоимость изготовления изделий, сокращаются расход металла и инструмента. Данная деталь изготавливается из жаропрочной стали, которая трудно поддаются механической обработке. Этот метод литья рекомендуется применять при крупносерийном и массовом производствах мелких, но сложных и ответственных деталей.

лопатка диффузор литье заготовка

Основные операции для изготовления заготовки

1) Разработка чертежа детали

2) Разработка чертежа отливки

3) Разработка чертежа блока отливок с ЛПС, расчет размеров элементов ЛПС

4) Разработка чертежа пресс-формы

5) Изготовление пресс-формы

6) Приготовление модельного состава

7) Изготовление модели

8) Сборка моделей в блоки

9) Изготовление формы

10) Удаление модели из формы

11) Прокалка форм

12) Плавка металла

13) Заливка форм

14) Охлаждение форм

15) Выбивка блоков отливок из форм

16) Отделение отливок от ЛПЦ

17) Очистка отливок от оболочки

18) Контроль качества отливок

Литье по выплавляемым моделям — это процесс, в котором для получения отливок применяются разовые точные неразъемные керамические оболочковые формы, получаемые по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей. Перед заливкой расплава модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием, растворением или испарением. Для удаления остатков модели и упрочнения формы ее нагревают до высоких температур. Прокалкой формы перед заливкой достигается практически полное исключение ее газотворности, улучшается заполняемость расплавом.

Модель или звено моделей изготовляют в разъемной пресс-форме, рабочая полость которой имеет конфигурацию и размеры отливки с припусками на усадку (модельного состава и материала отливки) и обработку резанием. Модель изготовляют из материалов, либо имеющих невысокую температуру плавления (воск, стеарин, парафин), либо способных растворяться (карбамид) или сгорать без образования твердых остатков (полистирол). Для изготовления моделей заготовок лопатки диффузора применяют водорастворимые модельные составы МОН-10 и МПВС, имеющие минимальную усадку и обеспечивающие заданную точность. Готовые модели или звенья моделей собирают в блоки, имеющие модели элементов литниковой системы из того же материала, что и модель отливки. Блок моделей состоит из звеньев, центральная часть которых образует модели питателей и стояка. Модели чаши и нижней части стояка изготовляют отдельно и устанавливают в блок при его сборке. Блок моделей погружают в емкость с жидкой формовочной смесью — суспензией для оболочковых форм, состоящей из пылевидного огнеупорного материала, например пылевидного кварца или электрокорунда, и связующего. В результате на поверхности модели образуется тонкий (менее 1 мм) слой суспензии. Для упрочнения этого слоя и увеличения толщины на него наносят слои огнеупорного зернистого материала (мелкий кварцевый песок, электрокорунд, зернистый шамот). Операции нанесения суспензии и обсыпки повторяют до получения на модели оболочки требуемой толщины (3 — 10 слоев). Каждый слой покрытия высушивают на воздухе или в парах аммиака, что зависит от связующего. После сушки оболочковой формы модель удаляют из нее выплавлением, растворением, выжиганием или испарением. Например, в процессе удаления выплавляемой модели в горячей воде (t_В0ДЫ < 100°С) получают многослойную оболочковую форму по выплавляемой модели. С целью упрочнения перед заливкой ее (форму) помещают в металлический контейнер и засыпают огнеупорным материалом (кварцевым песком, мелким боем использованных оболочковых форм). Для удаления остатков моделей из формы и упрочнения связующего контейнер с оболочковой формой помещают в печь для прокаливания. Прокалку формы ведут при температуре 900.1100°С, далее прокаленную форму извлекают из печи и заливают расплавом. Для плавки металла мною была выбрана индукционная тигельная печь ИСТ-0,06. После затвердевания и охлаждения отливки до заданной температуры форму выбивают, отливки очищают от остатков керамики и отрезают от них литники. Во многих случаях оболочки прокаливают в печи до засыпки огнеупорным материалом, а затем для упрочнения их засыпают предварительно нагретым огнеупорным материалом. Это позволяет сократить продолжительность прокаливания формы перед заливкой и сократить энергозатраты. Так, например, организуется технологический процесс на автоматических линиях для массового производства отливок. Малая шероховатость поверхности формы при достаточно высокой огнеупорности и химической инертности материала позволяет получать отливки с поверхностью высокого качества. После очистки от остатков оболочковой формы шероховатость поверхности отливок составляет от Rz — 20 мкм до Ra= 1,25 мкм.

Припуски и допуски на заготовку

Припуск на механическую обработку:

Допуски на размеры:

Применение основного оборудования

Индукционные тигельные печи (ИТП) широко применяются в промышленности для плавки черных и цветных металлов как на воздухе, так и в вакууме и в защитных атмосферах. В настоящее время используются такие печи емкостью от десятков грамм до десятков тонн. Тигельные индукционные печи применяют главным образом для плавки высококачественных сталей и других специальных сплавов, требующих особой чистоты, однородности и точности химического состава, что недостижимо при плавке в пламенных и дуговых печах.

Индукционные плавильные печи повышенной частоты (1000−2500 Гц) — широко применяют в цехах литья по выплавляемым моделям. С такой частотой и работают современные установки с машинными и тиристорными преобразователями. На рис. 1 приведена схема печи с машинным преобразователем. К трубчатому индуктору, охлаждаемому протекающей внутри него водой, подводят переменный электрический ток, который, проходя по индуктору, создает переменный магнитный поток, пронизывающий футеровку печи и загруженные в тигель куски металлической шихты. Возникающие в металле вихревые токи нагревают шихту до расплавления.

Печи с машинным вращающимся преобразователем состоят из следующих основных узлов: печи 1 с индуктором, конденсаторных батарей 2, возбудителя 3 к преобразователю повышенной частоты 4 электродвигателя 5, вращающего преобразователь, электромонтажной, измерительной, блокировочной и пусковой аппаратуры (на схеме не показаны).

Собственно печь представляет собой каркас с изолирующими прокладками, внутри которого укреплен индуктор. Изолирующие прокладки необходимы для того, чтобы вокруг индуктора каркас печи не образовывал замкнутых контуров, что предотвращает утечку энергии в каркас. Тигель, расположенный внутри индуктора, набивают футеровочной массой по конусному металлическому шаблону. Шаблоны делают из листового железа (сварные). Небольшие шаблоны вынимают из печи после набивки. Шаблоны в печах большой вместимости расплавляются при первой плавке. Каркас печи укреплен на станине и вращается на цапфах, вокруг сливного носка печи. Поворот печи осуществляется электротельфером, гидроприводом или червячным поворотным механизмом с помощью штурвала. Индуктор печи представляет собой медную трубку в виде катушки с расчетным (по мощности установки) числом витков. По индуктору пропускается переменный электрический ток повышенной частоты. Внутри индуктор охлаждается проточной холодной водой, что предохраняет его от перегрева и оплавления. Электрический ток и воду подводят к индуктору по гибким кабелям и шлангам, позволяющим осуществлять поворот печи. Со стороны футеровки индуктор защищают, дополнительно используя огнеупорную обмазку и изоляционные листы миканита и асбеста.

Большую часть легированных, коррозионно-стойких, специальных сталей и сплавов выплавляют в печах с основной футеровкой. Исходными материалами для основной футеровки служат хромомагнезитовый кирпич (бой), магнезитовый кирпич (бой), заменяющий их металлургический магнезит (порошок), огнеупорная глина, жидкое стекло, борная кислота.

Рис. 1. Схема индукционной плавильной печи повышенной частоты с машинным преобразователем.

Индукционные тигельные печи, в состав которых входят тиристорные преобразователи частоты, широко применяются для плавки металлов от нескольких грамм до десятков тонн. В свое время данные электропечи пришли на смену плавильным индукционным печам с машинными и ламповыми преобразователями частоты и благодаря своей экономичности, надежности и относительной компактности получили повсеместное распространение в металлургических и литейных производствах. К таким печам относится ИСТ-0,06/0,1.

Технические данные:

Ёмкость номинальная, т — 0,06

Мощность потребляемая, кВт — 100 +10

Число фаз:

питающей сети — 3

контурной цепи — 1

Частота тока, Гц

питающей сети — 50

контурной цепи — 2400

Номинальное напряжение, В:

питающей сети преобразователя — 380

контурной цепи (на индукторе) — 710 ±30

Температура перегрева металла, °С — 1600

Производительность по расплавлению и перегреву, т/ч — 0,15 +0,01

Удельный расход электроэнергии на

расплавление и перегрев, кВтч/т — 717 +20

Коэффициент мощности:

до компенсации — 0,073

после компенсации — 0,8

Расход воды на охлаждение, мі/ч

индуктора и кабелей — 1,3 +0,2

конденсаторов — 0,25 +0,1

источника питания — 1,0 +0,2

Потребное давление в водоподводящей магистрали, МПа — 0,3 — 0,6

Комплектность.

электропечь в нефутерованном виде;

шкаф управления (с конденсаторной батареей);

токоподвод;

тиристорный преобразователь частоты частотой 2,4 кГц;

установка насосная с гидравлической аппаратурой;

шаблон;

Рис. 2. Монтажный чертеж ИСТ-0,06

Достоинства тигельных плавильных печей:

Выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных нагревательных элементов.

Интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты и отходов, быстрое выравнивание температуры по объему ванны и отсутствие местных перегревов и гарантирующая получение многокомпонентных сплавов, однородных по химическому составу.

Принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной, нейтральной) при любом давлении (вакуумные или компрессионные печи).

Высокая производительность, достигаемая благодаря высоким значениям удельной мощности (особенно на средних частотах).

Возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что создает условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулированного футеровкой. Печи этого типа весьма удобны для периодической работы с перерывами между плавками и обеспечивают возможность для быстрого перехода с одной марки сплава на другую.

Простота и удобство обслуживания печи, управления и регулирования процесса плавки, широкие возможности для механизации и автоматизации процесса.

Высокая гигиеничность процесса плавки и малое загрязнение воздушного бассейна.

Необходимо отметить следующие недостатки тигельных печей:

Относительно низкая температура шлаков, наводимых на зеркало расплава с целью его технологической обработки. Относительно холодные шлаки затрудняют протекание реакций между металлом и шлаком и, следовательно, затрудняют процессы рафинирования. Шлак в ИТП, индифферентный к электрическому току, нагревается только от расплавляемого металла, поэтому его температура всегда ниже.

Сравнительно низкая стойкость футеровки при высоких рабочих температурах расплава и при наличии теплосмен (резких колебаний температуры футеровки при полном сливе металла).

Высокая стоимость электрооборудования, особенно при частотах выше 50 Гц.

Более низкий КПД всей установки вследствие необходимости иметь в установке источник получения высокой или повышенной частоты, а также конденсаторов, а также при плавке материалов с малым удельным сопротивлением.

Расчет потребления оборудования на изготовление 100 000 деталей в год

Для расчета потребления оборудования нужно знать массу отлитого блока; количество блоков, получаемых за одну плавку;

Количество деталей в блоке=30.

Масса блока рассчитывается сл. образом:

М_б=V_лпс *с_ст+30*M_о=847,8 см³*7,8+30*47=8022,84г=8кг

М_о=47г

с_ст=7,8г/см³

V_лпс=V_ст+30*V_п=376,8+30*15,7=847,8 см³

V_ст= (рD²_ст/4) *H_ст= (3,14*4²/4) *30=376,8 см³

D_ст=4 см

H_ст=30 см

V_п= (рD²_п/4) *l_п= (3,14*2²/4) *5=15,7 см³

D_п=2см

l_п=5см

Масса расплавленного металла при массе шихты=60кг с учетом к_изб=1,04 будет равен: 60/1,04=57,7 кг.

За 1 рабочий день производят 5 плавок. Из этого следует, что за 1 рабочий день можно выплавит: 57,7*5=288,5 кг.

Этого достаточно для отливки 36 блоков: 288,7/8=36.

Количество деталей, получаемых из 36 блоков: 36*30=1080шт.

Для изготовления 100 000 деталей потребуется 100 000/1080=93дня.

Из этого следует, что 1ед. индукционной тигельной печи ИСТ-0,06 достаточно для выполнения нормы 100 000дет/год.

Нормирование расхода материала

Коэффициент использования материалов:

КИМ=М_д/Н_р=0,036/0,0613=0,587

Норма расхода металла:

Н_р=G_o+ q_{о. п.} =0,047+0,0143=0,0613кг

G_o=0,047кг

q_{о. п.} = (G_ш*П_{о. п.)} /100= (0,286*5) /100=0,0143кг

Коэффициент использования заготовки:

КИЗ=М_д/М_о=0,036/0,047=0,77

Вывод

Для изготовления лопаток диффузора целесообразно использовать метод литья по выплавляемым моделям, т.к. он позволяет получать литые детали с минимальной механической обработкой, что уменьшает стоимость изготовления изделий.

Для плавки стали выгодно использовать плавильные индукционные печи ИСТ-0,06. Судя по расчетам, одной печи достаточно для производства 100 000 шт деталей в год.

Литье по выплавляемым моделям выгодно отличается и по расходу материалов: Коэффициент использования материалов = 0,587

Коэффициент использования заготовки = 0,77.

1. Гини Э. Ч. Технология литейного производства. М.: Академия, 2005, 352с.

2. Сафронов В. Я. Справочник по литейному оборудованию. М.: Машиностроение, 1985, 320с.

3. Шкленник Я. И. Литье по выплавляемым моделям. М.: Машиностроение, 1984, 408с.

4. Л. И. Иванова, Л. С. Гробова, Б. А. Сокунов, С. Ф. Сарапулов Индукционные тигельные печи. Екатеринбург: Изд-во УГТУ — УПИ, 2002, 87 с.

5. Сорокин В. Г. Стали и сплавы — марочник. М.: Интермет Инжиниринг, 2001, 608с.