Материал: Методические указания к практическим занятиям по дисциплине Технология металлов и трубопроводостроительных материалов. Ткаченко Ю.С., Корнеев В.И

2.2. Содержание работы

В процессе выполнения темы студент должен разработать чертеж отливки с простановкой необходимых размеров, выбрать наиболее рациональный способ изготовления отливки, разработать конструкцию необходимой литейной оснастки, оценить эффективность конструкции и тех­нологии изготовления отливки.

Графическая часть задания (чертеж детали, отливки, литейной формы в сборе, оснастки и необходимых приспособлений) выполняется на листах формата А4 (210  297 мм) в соответствии с требованиями ЕСКД.

2.3. Проектирование технологии изготовления отливок

Прежде чем приступить к проектированию технологического процесса изготовления отливки, необходимо выбрать наиболее рациональный способ ее производства, который наряду с требующимися служебными свойствами изделия обеспечил бы наиболее высокие технико-экономические показатели производства и экономный расход материалов.

Целесообразность выбранного способа изготовления заготовки может быть определена путем сравнительного расчета относительных себестоимостей вариантов изготовления. При выборе способа изготовления заготовки в большинстве случаев достаточно определить относительную технологиче­скую себестоимость сравниваемых способов, которая складывается из стои­мости материалов, заработной платы производственных рабочих, расходов на оснастку и инструмент, расходов на обслуживание и эксплуатацию оборудования и т.д. Эффективность (минимальную относительную технологиче­скую себестоимость) сравниваемых способов изготовления отливки в зави­симости от серийности можно определить графическим способом /3/.

Из пересечения кривых, выражающих зависимость относительной се­бестоимости применения способа изготовления отливки от серийности, по­лучаем число критической серийности. При заданной серийности выгоднее использовать тот способ, у которого меньше относительная себестоимость изготовления заготовки.

Технологический процесс изготовления отливки проектируют в опре­деленной последовательности и в соответствии со стандартами ЕСКД, ЕСТД и др. При проектировании поступают следующим образом.

На чертеже изделия наносят модельно-литейные указания. Дополнен­ный таким образом чертеж при единичном и мелкосерийном производстве представляет собой основной технологический документ. Он определяет все особенности технологического процесса и является основой для проектиро­вания и изготовления модельного комплекта и выбора других приспособле­ний (опок, шаблонов и пр.), необходимых для изготовления литейной фор­мы. В массовом и крупносерийном производстве на все объекты модельной оснастки разрабатывают рабочие чертежи и технологию изготовления каж­дого объекта оснастки.

Вычерчивают чертеж (или эскиз) собранной формы со всеми размера­ми. Он должен давать представление о расположении стержней, литниковой системы, холодильников, выпоров, прибылей. С этой целью вычерчивают минимально необходимое число разрезов формы с тем, чтобы можно было собрать форму, не прибегая к помощи чертежа отливки.

При нанесении технологических указаний на чертеже детали опреде­ляют оптимальный разъем модели и формы, положение отливки в форме при заливке, последнее устанавливают в зависимости от конфигурации отливки, вида формы, литниковой системы, требований в отношении плотности ме­талла, шероховатости поверхности и т.д. Для получения плотной отливки в соответствии с принципом направленной кристаллизации наиболее массив­ные ее узлы располагают при заливке сверху, ответственные поверхности отливки стремятся расположить внизу или вертикально. Положение отливки в форме при заливке (табл. 1) указывается стрелками и буквами В (верх) и Н (низ). Разъем модели и формы указывают на всех проекциях буквами МФ.

При определении разъема модели и формы выбирают такой вариант, который обеспечивают наименьшую трудоемкость изготовления модельной оснастки и формы, беспрепят-

Таблица 1

Графическое изображение основных элементов

литейной технологии

ственное удаление модели из формы, повыше­ние размерной точности отливки и уменьшение затрат на очистку и дальнейшую ее обработку. При использовании неразъемных моделей указывают только разъем формы; его обозначают буквой Ф.

В том случае, когда отдельные части модели при ее извлечении могут разрушить форму, они выполняются отъемными. Отъемные части удаляют из формы после извлечения основной части модели, так как их устанавливают на модель и извлекают из формы вручную, что снижает производительность машины. При машинной формов­ке в этих целях целесообразно применять добавочные стержни.

На чертеже указывают также припуски на механическую обработку. Припуск - слой металла (на сторону), предназначенный для снятия в процес­се механической обработки отливки. Величину припусков выбирают по ГОСТ 26645-85 в зави­симости от способа литья, материала и класса точности отливки, наибольше­го размера отливки, а также положения обрабатываемой поверхности в фор­ме в момент заливки. Для тех поверхностей отливки, которые при заливке метал­лом формы обращены вверх, назначают припуск больший, чем на нижних и боковых поверхностях, так как неметаллические и газовые включения скап­ливаются обычно наверху.

Для облегчения извлечения модели из формы на ее вертикальных по­верхностях (перпендикулярных к плоскости разъема) выполняются уклоны. Уклоны могут быть конструктивными и формовочными. Уклоны, предусмотренные при конструировании отливок, называют конструктивными; размеры отливок в этом случае не изменяются. При отсутствии конструктивных уклонов предусматривают формовочные уклоны, которые влекут за со­бой изменение размеров отливки.

Для получения на отливках плавных переходов от одной поверхности к другой предусматривают галтели, которые улучшают качество отливок.

Далее, для нанесения технологических указаний на чертеже детали оп­ределяют число стержней, оформляющих внутренние полости отливки или отдельные ее внешние части и их границы. Стержням присваивают номера в порядке простановки их в форму. Устанавливают тип литниковой системы, места подвода питателей к отливке. Рассчитывают литниковую систему и показывают на чертеже детали во всех необходимых проекциях, позволяю­щих получить полное представление о всех ее элементах (Рис. 1).

Рис. 1. Литниковая система

Прибыли и выпоры вычерчивают так же, как и литниковую систему - в масштабе и во всех необходимых проекциях. Каждой прибыли присваивается порядковый номер. На чертеже отливки показывают холодильники и другие элементы, применение которых необходимо для получения качественной отливки. Модельно-литейные указания наносят на чертеж только черным карандашом.

Чертеж отливки с литейно-модельными указаниями выполняется в следующей последовательности:

условно наносят плоскость разъема модели и формы, обозначив их РМФ и двумя отрезками с буквами В - верх и Н - низ;

условно наносят припуски на механическую обработку и обозначают тонкими линиями у поверхностей, где указан знак обработки √;

отверстия, не получаемые при литье, зачеркивают крестообразными линиями;

контуры стержня со стержневыми знаками обозначают тонкими ли­ниями и штриховой у контура;

формовочные уклоны на вертикальных стенках обозначают тонкими линиями.

Помимо этих обозначений, в технических требованиях указывают про­цент усадки сплава, из которого изготавливают отливку. На технологический чертеж отливки наносят литниковую систему, прибыли, выпоры.

Вторым документом, в котором фиксируют технологический процесс, является технологическая карта. Как правило, технологические карты разра­батывают в условиях массового и крупносерийного производства; в мелко­серийном и единичном производстве необходимые технологические указа­ния приводят на чертеже детали. Технологическая карта определяет как по­рядок, так и условие выполнения технологических операций при изготовле­нии отливки. В ней также перечисляют необходимые материалы, оборудова­ние, оснастку, основной и вспомогательный инструмент, норму выработки в смену, расценки на одну отливку. В карте приводят перечень технологиче­ских указаний по изготовлению модельного комплекта, стержневых ящиков, литейной формы и стержней, указывают продолжительность и температуру заливки металла в форму, температуру выбивки отливки из формы, способы очистки поверхности отливки, термической обработки и контроля.

2.4. Проектирование и расчет литниково-питающей

системы

Проектирование литниково-питающей системы обусловливается ха­рактером производимых заготовок, выбранным способом их получения, а также числом располагаемых в форме моделей. При расчете литниковой системы необходимо учитывать следующие требования:

литниковая система должна обеспечивать заполнение формы металлом за оптимальное время и с определенной скоростью;

во всех сечениях литниковой системы давление металла должно быть равно или больше атмосферного во избежание застоя газов;

при заданной продолжительности заливки скорость металла, выте­кающего из питателя, должна быть небольшой;

литниковая система должна задерживать неметаллические включения;

расход металла на литниковую систему должен быть минимальным.

Расчет сводится к определению площади минимального сечения эле­мента литниковой системы (питателя) с последующим определением (по со­отношениям) площадей сечений остальных элементов системы.

Площадь поперечного сечения питателя F_п равна

, (2.1)

где m - масса металла, прошедшего через минимальное сечение, кг; τ - продолжительность заливки формы жидким металлом, сек; ρ - плотность жидкого металла, г/см ³; μ - коэффициент литниковой системы, учитывающий потери на трение поворота (0,3…0,5); Н_р - расчетный напор, см.

Продолжительность заливки формы жидким металлом определяется по формуле

, (2.2)

где, δ - преобладающая толщина стенки отливки, мм; m – общая масса отливки, литников и прибылей, кг; s - коэффициент, зависящий от толщины стенки и конфигурации от­ливки, для различных сплавов: чугуна s = 1,7…2,0; стали 0,91…1,7; медных 2,0…2,1; алюминиевых 1,7…3,0; магниевых 2,3…4,5.

Расчетный напор Н_р зависит от способа заливки, типа литниковой сис­темы, положения отливки в форме и ряда других факторов. Для наиболее распространенного в литейном производстве случае подвода металла в фор­му по разъему, Н_р можно рассчитать по формуле

Н_р = Н_о – р / 2с (2.3)

где Н_о - первоначальный максимальный напор, см; р - расстояние от самой верхней точки отливки до уровня подвода жидкого металла, см; с - высота отливки (при заливке), см.

Площади сечений каналов литниковой системы шлакоуловителя и стояка выбираются из соотношений:

F_ст : F_шл : F_пит = 1 : 1,2 : 1,4 - для чугунных отливок;

F_ст : F_шл : F_пит = 1,1 : 1,3 : 1,5 - для сталей;

F_ст : F_шл : F_пит = 1 : 2 : (2…4) - для медных сплавов;

F_ст : F_шл : F_пит = 1 : (2…4) : (2…6) - для алюминиевых и магниевых спла­вов.

После расчета площадей сечений определяют размеры всех элементов литниковой системы. Для прямого круглого стояка определяют его диаметр. Шлакоуловители используют прямоугольные или трапециевидные. Попереч­ные сечения питателей обычно имеют прямоугольную форму.

2.5. Определение габаритов опок

Определение габаритов опок входит в задачу конструирования литей­ной формы. Они определяются габаритами формуемой модели, числом мо­делей в одной опоке, размерами стержневых знаков и др. Выбор опок дол­жен удовлетворять следующему условию - толщина слоя формовочной смеси вокруг отливки должна быть такой, чтобы при заливке от статического и ди­намического давления металла не произошло разрушение и деформация формы.

Минимальные внутренние размеры опок получаются, если в габарит­ные размеры модели с литниковой системой прибавить некоторые расстоя­ния. Расстояние "а" от тела отливки или модели до края опоки берется для мелких опок 30…50 мм, для средних – 60…100 мм, для крупных 100…150 мм. Расстояние "б" от модели до нижней полости формы берется для мелких опок 40…60 мм, для средних 60…120 мм, для крупных 100…150 мм; от стержне­вых знаков берется 40…120 мм. Расстояние "в" от модели до верхней плоско­сти формы берется для мелких опок 50…60 мм, для средних 60…120 мм, для крупных 100…160 мм.