Материал: Разработка технологического процесса изготовления отливки

Разработка технологического процесса изготовления отливки

ВВЕДЕНИЕ

Большое значение в подготовке инженера-литейщика имеет технологическая и конструкционная подготовка, приобретение необходимых навыков в разработке технологического процесса изготовления отливки и выполнение расчетов и чертежей элементов литейной формы и оснастки.

Цель курсовой работы по дисциплине «Теория и технология литейного производства» - закрепить и углубить теоретические и практические знания по курсу, научиться пользоваться технической литературой, стандартами и другой технической документацией, необходимой для разработки технологии отливки, приобрести навыки в выполнении проектных работ по технологии литейного производства.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА СПЛАВА ОТЛИВКИ

Отливка «Ступица КЛ 0109101» изготавливается из высокопрочного чугуна марки ВЧ45 ГОСТ 7293-85. Чугун этой марки имеет перлитно-ферритную структуру матрицы, поэтому обладает высокой прочностью. Требуемые свойства ВЧ получают непосредственно в литом состоянии без термической обработки. Отличительной особенностью ВЧ является высокий уровень механических свойств (соответствующий свойствам стали), недостижимый ни в одном из других видов чугуна. ВЧ по сравнению с углеродистой сталью имеет следующие преимущества: более низкую температуру плавления, лучшую жидкотекучесть, меньшую склонность к образованию горячих и холодных трещин, меньшую плотность, более высокую прочность, износостойкость и лучшую обрабатываемость резанием. По сравнению с СЧ обладает более высокими прочностью, пластичностью, жаростойкостью и лучшей свариваемостью. Высокие свойства обусловлены шаровидной формой графита, который в значительно меньшей степени ослабляет рабочее сечение матрицы и не создает концентраторов напряжений, как пластинчатый графит. Вследствие более благоприятной формы графита модуль упругости ВЧ (Е = 140 - 180 ГПа) в 1,5-2 раза выше, чем модуль упругости СЧ с пластинчатым графитом при той же структуре металлической матрицы. В то же время циклическая вязкость ВЧ в 2- 4 раза ниже, чем циклическая вязкость СЧ с пластинчатым графитом ([1], стр. 69).

Химический состав ВЧ характеризуется повышенным содержанием углерода, составляющим 3,3-3,8% . Это обеспечивает хорошие литейные свойства чугуна, и, благодаря шаровидной форме графита, не снижает механических свойств.

Оптимальное содержание кремния, с точки зрения обеспечения хорошей пластичности, не должно превышать 1,9-2,9%. Марганец способствует формированию перлитной структуры, поэтому его содержание не должно превышать 0,7%. Содержание серы в ВЧ должно находиться на возможно более низком уровне (0,02%), так как она затрудняет процесс модифицирования и сфероидизации графита. Содержание фосфора обычно не превышает 0,1%. Хром даже в небольших количествах (до 0,1%) обеспечивает прочностные свойства чугуна. Следует также отметить, что ВЧ очень чувствителен к микропримесям многих элементов, влияющих на процесс сфероидизации графита ([1], стр. 76).

Химический состав высокопрочного чугуна марки ВЧ45 представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав ВЧ45 ГОСТ 7293-85

Механические свойства высокопрочного чугуна марки ВЧ45 представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Механические свойства ВЧ45 ГОСТ 7293-85

Шаровидную форму графита получают путем введения в жидкий чугун модификаторов, сфероидизирующих графит. Чаще всего это: Mg, Сa, Ce, Ni, Cu, Si и др. Магний вводят в количестве 0,15-0,45% от массы жидкого чугуна. Количество магния зависит от способа его ввода. Магний увеличивает жидкотекучесть, улучшает износостойкость и коррозионностойкость чугуна. Также для модифицирования чугуна применяют церий. Его расход составляет 0,2-0,3%. Церий оказывает на форму графита такое же влияние, как и магний. Литейные свойства и прочность чугуна модифицированного церием выше, чем при модифицированием магнием. Однако церий - очень дефицитный металл, поэтому его используют реже. Меньшее количество магния или церия не дает эффекта сфероидизации графита, а большее приводит к отбелу и «перемодифицированию» - образованию пластинчатого графита([2], стр.241).

Отрицательное влияние на формирование шаровидного графита оказывают примеси: Sn > 0,13 %, Sb > 0,025 %, Bi > 0,03 %, Ti > 0,04 %, As > 0,08 %, Al > 0,3 %, Cu > 1 %. Эти примеси, способствуя образованию пластинчатого графита, снижают прочностные и особенно пластические свойства высокопрочного чугуна ([3], стр. 166).

Литейные свойства ВЧ значительно отличаются от литейных свойств чугунов других типов. Они определяются главным образом повышенным содержанием С + Si и вследствие этого высокой степенью эвтектичности и большим углеродным эквивалентом. Жидкотекучесть ВЧ лучше, чем жидкотекучесть КЧ или СЧ высоких марок, что позволяет изготовлять ответственные фасонные отливки с минимальной толщиной стенки до 3-5 мм. Высокопрочный чугун склонен к образованию усадочных дефектов и трещин, свободная линейная усадка составляет ~1 %, т. е. практически равна усадке СЧ. Для предупреждения образования усадочных дефектов применяют питающие бобышки.

Рисунок 1 - Эскиз детали с технологией

Специальные свойства ВЧ обеспечивают ему существенные преимущества перед СЧ или КЧ. По герметичности ВЧ значительно превосходит СЧ (вследствие образования разобщенных шаровидных включений графита); кавитационная стойкость и жаростойкость также выше, чем у СЧ.

Применение ВЧ определяется хорошим сочетанием высоких механических, эксплуатационных и технологических свойств. Высокопрочный чугун находит применение в различных областях промышленности для большой номенклатуры деталей ответственного назначения массой от нескольких килограммов до нескольких тонн, работающих в условиях высоких статических, ударных и циклических нагрузок, ВЧ применяют также для деталей, работающих под большим давлением в насосных, гидравлических и газовых установках.

деталь заливка формовочный стержневой

2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ

Конструкция литых деталей должна быть технологичной, т.е., технологичность - рассматривается как совокупность свойств конструкций изделия, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций и изделий того же назначения при обеспечении установочных значений показателей качества в принятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта ([4]).

Конструкция отливки должна обеспечить удобство извлечения моделей из формы, что достигается при наименьшем количестве разъемов и отъемных частей.

Отливка относится к 3 классу сложности и представляет собой тело вращения.

Боковые полости в отливке выполняются при помощи шести стержней, что увеличивает трудоемкость изготовления отливки и соответственно снижает ее технологичность. Центральная полость отливки Ø70 мм получается при помощи одного стержня. Стержень имеет знаковые части для надежного крепления их в форме. Через эти знаковые части производится вывод газов, образующихся в стержне при заливке формы расплавом (см. рис. 1).

Модель для отливки "Ступица КЛ 0109101" может быть извлечена из формы без применения отъемных частей и имеет одну плоскость разъема.

Толщину стенки необходимо назначать с учетом требуемой расчетной прочности, жидкотекучести металла и заполняемости формы. Всякое увеличение толщины стенки приводит к замедлению скорости затвердевания металла и неоднородности структуры, что влечет за собой брак и снижение прочности детали. Толщина стенок отливки соответствует рекомендациям таблицы 3 (см. рис. 1).

Таблица 3 - Толщина стенок отливки в зависимости от ее массы

Переходы и углы сопряжения стенок исключают вероятность получения отливки с усадочными раковинами, пористостью и трещинами, что достигается за счёт введения в чертёж отливки плавных переходов от тонких сечений к сечениям большей толщины, а также радиусов закругления, галтелей, плавных сопряжений.

На поверхностях подвергающихся механической обработки предусматриваются припуски на механическую обработку. Припуски на механическую обработку назначаются в зависимости от допусков на размеры отливок, дифференцированно для каждого элемента отливки по ГОСТ 26645-85([5]) (см. рис. 1).

Конструкция детали предусматривает выход стержневых знаков (ГОСТ 3212-92). Уклоны на знаковых поверхностях назначаются согласно ГОСТ 3212-92. Значения технологических зазоров и назначают согласно ГОСТ 3212-92 ([6]) (см. рис. 1).

Отливка является 9-го класса точности размеров, 9-го ряда припусков на механическую обработку. Класс точности массы и степень коробления являются ненормируемыми показателями (ГОСТ 26645-85) ([5]).

3 ВЫБОР ПЛОСКОСТИ РАЗЪЕМА ФОРМЫ

Положение отливки в форме и разъём формы должны обеспечивать высокое качество отливки, минимальные затраты на её изготовление и на механическую обработку, минимальный расход металла и возможность применения механизации и автоматизации технологического процесса. Кроме того, надо стремиться к тому, чтобы размеры отливок, к которым предъявляются более жесткие требования по точности, не пересекались с линией разъёма формы. При заливке положение отливки должно быть выбрано с учетом вывода газов, предотвращения усадочных дефектов, получения точных размеров отливки. Число разъёмов должно быть наименьшим, а разъёмы должны быть плоскими. Разъем формы должен обеспечивать надежное крепление стержней. Отливку в форме следует располагать так, чтобы общая высота формы была наименьшей. Также желательно располагать отливку в нижней полуформе. Также разъём формы должен обеспечивать наименьшее количество дефектов по перекосам, а также минимальную протяженность литейных швов.

Если же плоскость разъема назначить на поверхность так, что бы отливка находилась только в нижней полуформе, то после извлечении модели нельзя будет установить стержни не разрушив формы.

4. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ

4.1 Изготовление форм

Выбор способа формовки (ручной, машинной, автоматической) зависит от размеров отливки, конфигурации и характера производства. Ручная формовка в почве применяется при изготовлении малоответственных и крупногабаритных отливок. Машинная формовка применяется в основном для мелких и средних отливок, а иногда и крупных в условиях серийного и массового производства. Формовка на автоматических линиях применяется только в условиях массового производства. Машинная формовка по сравнению с ручной имеет ряд преимуществ:

         повышенная производительность;

         возможность осуществления комплексной механизации и автоматизации процессов изготовления отливок;

         повышенная точность отливок и уменьшение припусков на механическую обработку.

Отливка «Ступица КЛ 0109101» изготавливается на автоматической линии (АФА - 30). Линия «АФА - 30» предназначена для изготовления отливок в разовых песчано-глинистых формах в литейных цехах с мелкосерийным, серийным и массовым характером производства.

Автоматическая формовочная линия «АФА - 30» имеет по две встряхивающие - прессующие формовочные машины типа ФРПА 30 - 1С для изготовления нижней и верхней полуформ. Транспортировка форм осуществляется на горизонтально - замкнутом левовращающемся литейном конвейере с тактовым шагом.

Уплотнение формовочной смеси производится встряхиванием и прессованием или встряхиванием и прессованием с подпрессовкой плоской нажимной плитой.

Модельная плита может нагреваться нагревательным устройством.

Охлаждение отливок осуществляется на литейном конвейере в опоке. Охлаждённые формы транспортируются к устройству выбивки форм. В этом устройстве форма на качающейся раме устанавливается с помощью передвижной тележки и в процессе выбивки выдавливается.

Все операции, за исключением простановки стержней (которая должна производится во время остановки литейного конвейера и которая составляет 20 сек.), осуществляются автоматически.

4.2 Изготовление стержней

Внутренняя полость отливки «Ступица» выполняется с помощью одного стержня (рис. 1), который изготавливается пескодувным способом в стержневом ящике с использованием ГТС.

Преимущества способа:

         полученный стержень не требует дополнительной сушки;

         прочность стержня достаточна для транспортировки и простановки в форму;

         оснастка предназначена для многоразового использования;

         высокая газопроницаемость стержней.

Описание последовательности операций:

         нагрев стержневого ящика осуществляется встроенными электронагревателями и газовыми горелками;

         стержневая смесь вдувается пескодувной головкой в стержневой ящик и тем самым уплотняется;

         после отверждения стержня подвижная (нижняя) половина стержневого ящика опускается вниз, начинается протяжка;

         после протяжки стержня вводят вилы механизма съёма, которые транспортируют стержень за пределы машины;

         происходит обдув и опрыскивание стержневого ящика разделительным составом;

         освобождённая от стержня нижняя половина стержневого ящика возвращается в исходное положение, соединяется с неподвижной верхней половиной. Ящик готов для очередного заполнения смесью;

         подготовленные стержни по ленточному конвейеру поступают в окрасочную камеру нанесения водного покрытия КсП - 2;

после окраски стержни по подвесному конвейеру поступают в сушило.

5. ВЫБОР ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ (РЕЦЕПТУРА СМЕСИ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА)

Литейные формы заливают «всырую» и «всухую». При изготовлении мелких и средних отливок простой конфигурации формы обычно заливают «всырую». При изготовлении крупных и сложных отливок формы заливают «всухую». Все большее применение находят поверхностно подсушенные и химически твердеющие формы. В зависимости от этого формовочные смеси подразделяют на смеси для заливки в сырую форму и для заливки в сухую форму. В зависимости от характера использования формовочные смеси разделяются на облицовочные и наполнительные, единые.