Курсовая работа: Разработка технологического процесса изготовления детали

1) механические свойства;

2) газопроницаемость;

3) способность противостоять действию тепла выделяемого отливкой;

4) способность отводить с нужной скоростью тепло выделяемой отливкой;

5) способность не сплавляться с металлом (химическая инертность).

5.1 Формовочные смеси

а) Облицовочная смесь.

Служит для образования лицевого слоя формы, непосредственно соприкасающегося с металлом (толщина слоя 20-30 мм). Она составляется из материалов лучшего качества и приготовляется более тщательно. Опираясь на рекомендации [5] стр. 58 принимаем облицовочную формовочную смесь для стального литья с характеристиками, изложенными в таблице 1.

б) Наполнительная смесь.

Наполнительная смесь служит для заполнения всего остального объема формы и делается из менее качественной смеси. В состав наполнительной смеси входит главным образом "горелая" смесь и небольшое количество свежих кварцевых или глинистых песков. Опираясь на рекомендации [6] стр. 50 принимаем наполнительную формовочную смесь для стального литья с характеристиками, изложенными в таблице 2.

5.2 Стержневая смесь

Стержни во время заливки находятся в самых неблагоприятных условиях, так как в большинстве случаев со всех сторон окружены жидким металлом. В связи с этим материал стержней должен обладать большей, чем материал формы, газопроницаемостью, прочностью, податливостью, выбиваемостью и непригораемостью. Выбираем состав и свойства стержневой смеси с учетом конфигурации и назначения стержней, а также условий, в которых они находятся в форме.

Состав и свойства стержневой смеси приведены в таблице 3.

5.3 Приготовление формовочных и стержневых смесей

Единую формовочную смесь составляют из обработанной ("горелой") смеси с добавлением кварцевого песка и связующих веществ. После выбивки опок охлажденную отработанную смесь пропускают через вальцы для размельчения спекшихся кусков. Затем она поступает на магнитный сепаратор для удаления металлических включений, после чего ее просеивают через сито с размером ячеек до 8 мм и транспортируют в бункеры над смесителями. Кварцевый песок перед введением в смесь просеивают через сито с размером отверстий 3-5 мм и подвергают сушке. После этого его вновь просеивают и распределяют по специальным бункерам над смесителями. Введение глины в смесь осуществляют как в сухом состоянии, так и в виде суспензии, содержащей 50% глины и 50% воды. Суспензию обычно подают к смесителям по трубам. Другие связующие материалы подаются к смесителям в готовом для введения в смесь виде.

Компоненты смеси смешиваются в смесителях или бегунах, куда обработанная смесь и свежие добавки поступают из отдельных бункеров, расположенных над ними. В смесителях перемешивание происходит в течение 1-2 мин, после чего полученную смесь увлажняют и перемешивают еще 2-3 мин. Готовая смесь ленточным транспортером подается в бункер-отстойник, где она вылеживается 3-4 часа с целью выравнивания состава по влажности и образования вокруг частиц глины водных оболочек. После вылеживания глина приобретает лучшую способность связывать зерна песка. Из бункера-отстойника смесь подается к дезинтеграторам и, пройдя операцию разрыхления, транспортируется в бункеры на формовочных участках.

11

Процесс приготовления облицовочной смеси не отличается от технологии приготовления единой смеси. Однако в связи с большим количеством свежих добавок продолжительность смешивания облицовочных смесей увеличивается до 8-12 мин.

Наполнительная смесь состоит из просеянной и увлажненной отработанной смеси. Для достижения равномерного увлажнения смесь необходимо перемешивать. Отработанная смесь периодически подвергается магнитной сепарации. Не реже одного раза в неделю наполнительная смесь должна освежаться кварцевым песком и глиной.

Способ приготовления последовательность загрузи материалов в смеситель и продолжительность перемешивания оказывает большое влияние на качество смесей. Поэтому технологический процесс приготовления смесей тщательно разрабатывается и должен строго соблюдаться.

Порядок приготовления стержневых смесей в зависимости от применяемого оборудования и особенностей материалов, входящих в состав смесей, может частично изменяться. Однако имеется ряд общих правил, которых следует придерживаться всякий раз, когда приготовляют стержневую смесь. Например, в первую очередь в бегунах тщательно перемешивают сухие исходные материалы, а затем добавляется вода и жидкие крепители. Продолжительность перемешивания зависит от состава смеси и колеблется в довольно больших пределах – от 3 до 20 мин.

Однако, увеличение времени перемешивания сверх указанного недопустимо, так как оно ведет к понижению прочности стержней. Слишком долгое перемешивание приводит к полной потери пластичности смеси.

Качество приготовленной смеси проверяют в экспресс-лаборатории, обращая особое внимание на ее прочность в сыром и сухом состоянии.

Таблица 1

Назначение смеси			Облицовочная для литья в сухую
Вес отливки в кг			До 50
Характеристика смеси	Зерновой состав		025
	Содержание глинистых компонентов в %		12-14
	Газопроницаемость в сыром состоянии		70-100
	Предел прочности кг/см2	На сжатие в сыром состоянии	0,5-0,7
		На разрыв в сухом состоянии	0,8-1,2
	Влажность в %		5,0-7,0
Состав смеси	Наименование составляющих		1 отработан-ная смесь	2 квар-цевый песок	3 огне-упорная глина	4 сульфит-ная барда
	Содержание в % по объему		40-80	15,5-50,5	4-9	0,5
Режим приготовления смеси	Последовательность загрузи составляющих		1+2+3+вода+4
	Продолжительность перемешивания в мин		5-8

Таблица 2

Назначение смеси			Наполнительная для литья в сухую
Вес отливки в кг			До 50
Характеристика смеси	Зерновой состав горелая смесь в %		98
	Содержание глинистых компонентов в %		2
	Газопроницаемость в сыром состоянии		60
	Предел прочности кг/см2	На сжатие в сыром состоянии	0,4-0,6
		На разрыв в сухом состоянии	-
	Влажность в %		5,0-6,0

Таблица 3

Класс сложности стержня			IV
Состав смеси в вес. ч.	Основные материалы	отработанная смесь	0-40
		кварцевый песок	59-93
		огнеупорная глина	1-7
	Связующие материалы	крепители	КТ 1,5-2	СП или СБ 4-5	ПАТОКА 2-3
		сульфитно-спиртовая барда	2-3	2-2,5	-
	Древесные опилки		0-2	0-2	0-2
Характеристи-ка смеси	Зерновой состав		К025А и К0315Б
	Содержание глинистых компонентов, %		6-10
	Газопроницаемость в сыром состоянии		70
	Предел прочности кг/см2	На сжатие в сыром состоянии	0,16-0,30
		На разрыв в сухом состоянии	2-3
	Влажность, %		4-5,5

6. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ

6.1 Формовка

Формовой называется комплекс операций по изготовлению из формовочных материалов литейных форм, способных выдержать воздействие расплавленного металла и сообщить ему свои очертания. В нашем случае форма служит для образования наружных очертаний, а стержень внутренних полостей отливки.

При формовке в двух опоках по разъемной модели на модельную плиту устанавливают нижнюю часть модели лицевой стороной вверх и на эту же доску ставят нижнюю опоку ушками вниз. Модель, предварительно протертую керосином, припудривают модельной пудрой и засеивают тонким слоем облицовочной смеси (15-20 мм). Затем, в несколько приемов, слоями толщиной до 100 мм заполняют опоку наполнительной смесью и утрамбовывают вначале клиновой трамбовкой по углам, а затем плоской по всей поверхности. Излишек смеси сверху опоки срезают линейкой. Набитую опоку накалывают душником, не доходя до модели на 10-15 мм, переворачивают на 1800 и ставят на выровненную площадку на плацу. Плоскость разъема опок заглаживают гладилкой.

На нижнюю половину модели по центрирующим штырям устанавливают верхнюю половину и плоскость разъема формы посыпают сухим разделительным песком.

Затем на нижнюю опоку ставят верхнюю, припудривают модель, устанавливают модели литников и выпора и заформовывают в таком же порядке, как нижнюю. После набивки верхней опоки и накалывания в ней вентиляционных каналов вытаскивают из верхней опоки модель стояка и выпоров и расширяют верхнюю часть стояка в виде литниковой чаши.

Затем снимают верхнюю опоку, устанавливают ее плоскостью разъема вверх, прорезают питатели на нижней полуформе и смачивают кромки обеих полуформ в местах соприкосновения их с половинками моделей для предупреждения осыпания формовочной смеси при выемке модели

После этого вынимают модели из формы, исправляют возможные повреждения, припыливают и приглаживают поверхности, устанавливают стержень и, наконец, собирают форму для заливки, осторожно опустив верхнюю опоку на нижнюю по направляющим штырям. Во избежание прорыва металла через плоскость разъема во время заливки, скрепляют верхнюю опоку с нижней металлическими скобами. Центрирующие штыри после спаривания опок вынимают и пользуются ими для центровки следующей пары опок.

6.2 Изготовление стержней

Процесс изготовления стержней в ящиках является самым распространенным методом. Стержневой ящик состоит из двух половин, соединяемых шипами.

Технологические операции изготовления стержней.

1) Подготовка стержневого ящика.

Проверяют целостность и отсутствие повреждений формообразующей поверхности. Очищают рабочие поверхности стержневого ящика от пыли и остатков смеси. Наносят кистью или пульверизатором разделительное покрытие. Разъемные стержневые ящики скрепляют скобами.

2) Предварительное заполнение стержневого ящика смесью.

Засыпают слой (30-60 мм) стержневой смеси, проставляют проволоку, крючки или каркас для армирования стержня, смесь уплотняют до 3/4 высоты стержневого ящика.

3) Простановка каркаса.

Каркасы не должны иметь трещин, ослабленных сечений и других дефектов. Осаживают в смесь литой или сварной каркас, предварительно смоченный жидким раствором глины. Зазор между каркасом и стенками ящика равен 20 мм. Торцы литых каркасов должны отстоять от поверхности стержня на 10 мм.

4) Вентиляция стержня.

15

Выступающие и узкие части стержня укрепляют крючками и прокладывают в них полый капроновый шнур или восковые фитили для вентиляции, концы которых выводят в полость под заполнитель или в знаковые части. Полость в стержне выполняют с помощью коробки. Толщина рабочего слоя смеси от стенки ящика до полости под заполнитель равна 60-80 мм. После формовки коробку извлекают из стержня. В стенах полости под заполнитель вентиляционной иглой диаметром 6-8 мм накалывают несквозные каналы числом не менее 8 шт. на 1 дм3. Полость засыпают смесью из 50% древесных опилок и 50% отработанной смеси или керамзита. Затем наполнитель уплотняют, занизив уровень засыпки на толщину рабочего слоя смеси. Место занижения уплотняют стержневой смесью.

5) Окончательное заполнение стержневого ящика.

Насыпают стержневую смесь до верха стержневого ящика, уплотняют ее вручную пневматической трамбовкой или киянкой. Армируют стержень проволокой, отогнутой от каркаса, после чего досыпают стержневую смесь и окончательно ее уплотняют. При армировании верхней части стержня концы проволоки заправляют в смесь.

6) Удаление излишков стержневой смеси.

После окончательного уплотнения смеси со стороны заполнения стержневого ящика выполняют наколы числом не менее 2-3 шт. на 1 дм3. Затем излишки смеси срезают ножами и верхнюю плоскость стержня заглаживают гладилкой. При уплотнении стержня со стороны знаковой части наколы выполняют после срезания излишков смеси и заглаживания верхней плоскости. Плотность поверхности стержня 70-80 ед.

7) Извлечение стержня из стержневого ящика.

На стержневой ящик накладывают сушильную плиту с отверстиями. Стержневой ящик с закрепленной плитой кантуют на 1800. Стенки ящика при извлечении стержня слегка обстукивают киянкой.

8) Отделка стержня.

Отделку стержня выполняют после извлечения его из стержневого ящика. Тщательно заделывают выявленные неплотности, подрывы, поврежденные при извлечении части, сквозные наколы. При необходимости отделываемые места слега увлажняют. Стенки стержня должны быть прямолинейными. Несформированные в стержневом ящике галтели выполняют вручную с применением шаблонов. Отделанный стержень окрашивают и сушат.

6.3 Сушка форм и стержней

Сухие формы обладают большей прочностью и газопроницаемостью и меньшей газотворной способностью, чем сырые формы. Поэтому сушка форм применяется для ответственных отливок с обрабатываемой поверхностью. Стержни применяют в сухом состоянии всегда.

Сушка заключается в нагреве форм и стержней топочными газами, разбавленными воздухом до нужной температуры. Процесс сушки сопровождается удалением влаги из форм и стержней и повышением связующих свойств глины и органических крепителей, входящих в состав стержневой смеси. Скорость испарения

влаги увеличивается с увеличением температуры топочных газов, которые, насыщаясь влагой, уносят ее в атмосферу. Однако, чем выше температура печи, тем быстрее на поверхности форм и стержней образуется плотная корка, задерживающая испарение влаги из внутренних частей формы или стержня. Под давлением паров эта корка лопается, и появляются трещины, ведущие к ослаблению поверхностной прочности форм и стержней.

Следовательно, чем толще стержень или форма, тем медленнее должен происходить подъем температуры до нужного предела. Весь процесс сушки делится на три этапа:

1) Прогрев форм или стержней до температуры 100-1100 для удаления влаги. В этот период повышать температуру следует медленно и осторожно для равномерного прогрева форм и стержней. Топочные газы не следует выпускать из сушила, заставляя их насыщаться влагой, испаряемой формами или стержнями. Удержание влаги в сушиле и умеренная температура газов замедляет испарение влаги с поверхности форм и стержней и способствует их равномерному прогреву.

2) Повышение температуры до нужного предела и выдержка при этой температуре. Подъем температуры можно производить значительно быстрее, не опасаясь появления трещин в формах и стержнях. Заслонку на дымовом борове полностью открывают, чтобы уходящие из сушила газы, содержащие большой процент влаги, заменить свежими, сухими газами.

3) Охлаждение вместе с сушилом до температуры 80-1200. Топка прекращается, дымовая заслонка частично прикрывается, и находящиеся в сушиле формы или стержни медленно охлаждаются до температуры разгрузки, которая обычно не превышает 50-800.

Для сушки мелких стержней применяются сушильные шкафы, загружаемые с помощью выдвижных полок. Сушку ведут при температуре 150-1800С, продолжи- тельностью 2-3 ч.

Для сушки форм в литейных цехах мелкосерийного производства применяются камерные сушила периодического действия. Камерное сушило представляет собой камеру с кирпичными стенками и плотно закрывающейся дверью. В топке сушила сжигают каменный угол или антрацит. Топочные газы поступают в камеру по специальным каналам и отверстиям в поду камеры, расположенным у ее боковых стенок. Газы, омывая поверхность форм установленных в камере, отдают им свое тепло и насыщаются влагой, испаряемой при их нагреве. Затем газы охлаждаются и уходят через подовое отверстие камеры в боров и дальше в дымовую трубу. Подвод топочных газов через отверстия по всей длине сушила позволяет добиться равномерного прогрева по всему объему камеры. Чтобы обеспечить свободное соприкосновение газов с поверхностью форм, опоки ставят на подкладки на некотором расстоянии друг от друга. Объем камеры заполняется формами на 20-25%. Расход топлива на 1 м3 камеры составляет 5 кг условного топлива за один цикл сушки. Продолжительность сушки форм 10 ч. Температура сушки 4500, длительность 8-12 ч.

6.4 Расчет сил действующих не верхнюю полуформу при заливке

1. Определяем площадь проекции  части одной отливки, расположенной в верхней полуформе, на горизонтальную плоскость разъема.

Количество отливок в форме – 2 шт. Тогда суммарная площадь проекции  частей всех отливок, расположенных в верхней полуформе, на горизонтальную плоскость разъема

2. Найдем металлостатический напор, равный расстоянию от верхней точки подвода металла к отливке до уровня металла в литниковой воронке или чаше. В нашем случае точка подвода металла принадлежит плоскости разъема, следовательно, металлостатический напор равен высоте верхней полуформы

3. Находим силу металлостатического давления на верхнюю полуформу в (Н)

где ρ=2760- плотность сплава АК5М2 ГОСТ 1050-88;

 - ускорение свободного падения.

4. Определяем выталкивающую силу, действующую на стержень и приложенную к верхней полуформе

где  - объем части стержня, омываемой металлом, (м3)

 - плотность стержневой смеси в уплотненном состоянии.

5. Определяем вес отливки в Н

где  - объем отливки, рассчитываем следующим образом

6. Находим вес опоки по условию

7. Определяем вес формовочной смеси в верхней полуформе

где  - объем формовочной смеси

 - плотность формовочной смеси.

где  - габариты опоки, (м).

8. Находим вес груза, необходимого для крепления верхней полуформы при заливке

где  - коэффициент, учитывающий динамическое воздействие металла на форму при заливке.

9. Находим массу груза по формуле:

7. ВЫПЛАВКА МЕТАЛЛА И ЗАЛИВКА ФОРМЫ РАСПЛАВОМ

Качество литых деталей зависит также от техники заливки. Поэтому с целью устранения возможности появления брака необходимо соблюдать следующие правила заливки:

1) поддерживать носок ковша в исправном состоянии;

2) заливать металл в форму непрерывно и равномерно;

3) высота ковша над плоскостью опоки должна быть минимальной: не более 150 мм;

4) располагать литниковую чашу так, чтобы к форме обеспечивался удобный подход с ковшом;

5) подбирать емкость ковша так, чтобы она несколько превышала емкость формы;

6) поддерживать литниковую систему заполненной;

7) для облегчения операции заливки и с целью обеспечения безопасных условий работы наполнение ковша необходимо производить на 80-120 мм ниже его верхней кромки;

8) перед началом заливки ковши должны быть тщательно просушены и прогреты;

9) для удаления растворенных в стали газов и шлаковых включений, а также для выравнивания состава стали, ее перед заливкой в формы некоторое время выдерживают в ковше.

Продолжительность охлаждения отливки составляет 0,4-0,7 часа.

8. ВЫБИВКА, ОБРУБКА И ОЧИСТКА ЛИТЬЯ

8.1 Выбивка отливок

После заливки и охлаждения металла отливку выбивают из формы. При этом "горелая" смесь транспортируется на переработку в смесеприготовительное, а отливки – в обрубное отделения. Для выбивки отливок из формы принимаются специальные вибрационные решетки. Для этого форму ставят на раму вибрационной решетки и включают двигатель. Вследствие вибрации решетки формовочная смесь разрушается и высыпается через решети на ленточный транспортер, идущий в смесеприготовительное отделение. Отливки при этом могут оставаться на решетке или проваливаться вниз, где попадают на специальный конвейер и транспортируются в обрубное отделение.

При выбивке отливок из опок иногда частично выбиваются стержни. Но в большинстве случаев стержни выбивают в обрубном отделении одновременно с очисткой литья в простых барабанах.

8.2 Очистка отливок

Выбитые из формы отливки имеют на своей поверхности слой пригоревшей формовочной смеси, от которой отливку очищают в специальных агрегатах. Во время очистки литья из отливок удаляются также внутренние стержни вместе с их арматурой, холодильниками и другими технологическими элементами формы. Наиболее широко применяются следующие способы очистки литья: в простых барабанах, дробеметная очистка, гидропескоструйная и ручная.

Применение простых барабанов для очистки литья широко распространено. Этот вид очистки имеет большие преимущества по сравнению с другими. При нем происходит выбивка сложных стержней, глубоких земляных выступов, отбивка заусенцев и всевозможных заливов, удаление которых при других способах очистки требует больших затрат труда. К тому же в барабане можно придать товарный вид отливкам с повышенным пригаром. Основной недостаток простых барабанов – большой шум, возникающий при их работе.

Для уменьшения шума участки барабанной очистки необходимо выделять в отдельное помещение, в котором должно работать как можно меньше обслуживающего персонала. Для этого механизируют и автоматизируют загрузочные и разгрузочные операции.

8.3 Зачистка и окраска отливок

Зачистке подвергаются все отливки. Цель зачистки – удаление остатков литниковой системы, после ее отбивки или отрезки, снятие заусенцев и заливов и заглаживание линии разъема.

Большие заливы и остатки литниковой системы зачищают с помощью обрубки пневматическими зубилами или обрезки на специальных прессах. Малые заливы и остатки питателей удаляются на наждаках.

Зачистные работы отличаются большой трудоемкостью и связаны с тяжелыми условиями труда рабочих.

Окраска отливок после грунтовки производится нитроэмалью различных цветов. Мелкие отливки окрашивают окунанием.

ВЫВОД

В курсовой работе был разработан технологический процесс получения отливок методом литья в песчано-глинистые формы в составе:

- чертеж отливки с припусками на механическую обработку резанием. Полученная точность отливки 7т-0-0-7 ГОСТ 26645-85;

- чертежи модели и стержневого ящика с размерами, увеличенными на величину усадки 1,5%. В качестве материала выбрана сосна. Модель выполнена разъемной. Для удобства извлечения из формы предусмотрены уклоны и знаки;

- совмещенный чертеж детали и отливки с элементами литниковой системы, стержнем с указанием плоскости и направления разъема модели и формы. Элементы литниковой системы – площади сечения стояка, шлакоуловителя и питателей рассчитаны по системе А.Д. Попова.

- ручная формовка в нормализованных опоках по схеме "Формовка по разъемной модели в двух опоках – нижней и верхней";

- в качестве формовочной смеси принята смесь на основе формовочного песка, огнеупорной глины и связующих смол;

- собранные формы подвергаем сушке в камерных сушилах периодического действия с температурой сушки 150-1800С, продолжительностью 2-3 ч;

- заливку формы расплавом осуществляем при температуре 1420-1400 0С. Вначале расплав из дуговой печи заливаем в ковш большой вместимости от 0,5 до 1,5 т, а затем из него в ковш меньшей вместимости 30-80 кг для заливки расплава в форму. Продолжительность заливки составляет 30 с. Продолжительность охлаждения отливки 0,4-0,7 часов.

- выбивку отливок в условиях индивидуального производства осуществляем средствами малой механизации на барабанах очистных и галтовочных, а очистку отливок в труднодоступных местах с помощью пескоструйных аппаратов;

- обрезку литников и прибылей осуществляем с помощью газовых резаков, зачистных шлифовочных машинок;

- окраску отливок после грунтовки производим нитроэмалью различных цветов окунанием.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рыжаков В.В., Купряшин В.А., Байков О.Е. Технологические процессы машиностроительного производства. Методические указания, контрольные задания и примеры выполнения самостоятельных работ. Учебно-методическая разработка Пенза: ПГТА, 2004. – 67 с.: 12 ил., 33 табл. Библиогр. 6 назв.

2. Мячин В.Е., Рыжаков В.В., "Проектирование технологических процессов машиностроительного производства", часть 1; ПТИ, Пенза, 2003 г.

3. Орешкин В.Д., "Основы литейного производства", Машгиз, Москва, 1971 г.

4. Анисимов Н.Ф., Благов Б.Н., "Проектирование литы деталей", Машиностроение, Москва, 1977 г.

5. Абрамов Г.Г., Панченко Б.С., "Справочник молодого литейщика", Высшая школа, Москва, 1983 г.

6. Головин С.Я., "Краткий справочник литейщика", Машгиз, Москва, 1970 г.

7. Дмитрович А.М., "Книга молодого литейщика", Беларусь, Минск, 1976 г.