Материал: Разработка технологического процесса изготовления отливки

При изготовлении отливки «Ступица КЛ 0109101» используется единая формовочная смесь, так как масса отливки составляет 15 кг. Приготовление единой формовочной смеси осуществляется на бегунах 15107 и 15108. Состав смеси приведен в таблице 5 ([7]).

Таблица 5 - Состав единой формовочной смеси

Физико-механические свойства единой формовочной смеси представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Физико-механические свойства формовочной смеси

Состав стержневой смеси приведен в таблице 7.

Таблица 7 - Состав стержневой смеси

Физико-механические свойства стержневой смеси должны соответствовать данным, приведенным в таблице 8.

Таблица 8 - Физико-механические свойства стержневой смеси

Стержень для отливки «Ступица» изготавливается из горячетвердеющей смеси (ГТС). Стержни из песчано-смоляных смесей изготовляют в металлических ящиках, нагретых до 250-350 °С. Твердение стержней в оснастке существенно повышает их точность и прочность. Цикл изготовления стержня составляет 0,5 - 5 мин.

Преимущества ГТС:

         способность стержней не насыщаться влагой в собранной форме;

         повышенная скорость отверждения стержней;

         не требуется дополнительной сушки;

         конструкция ящиков относительно проста.

6. РАСЧЕТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ (ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА ЛПС, ВЫБОР МЕСТА ПОДВОДА МЕТАЛЛА)

Литниковой системой называют совокупность элементов литейной формы в виде каналов и полостей, предназначенных для плавного подвода расплава в форму, её заполнения и питание отливок в процессе кристаллизации. Правильный выбор конструкции литниковой системы обеспечивает получение качественной отливки. Литниковая система состоит из ниже перечисленных основных компонентов:

-   литниковая чаша (воронка) - предназначена для приема расплавленного металла, подачи его в стояк и задержания шлака, попавшего вместе с расплавом в чашу (во время заливки чаша должна быть обязательно полностью заполнена расплавом);

-        стояк - вертикальный или наклонный канал, служащий для передачи расплавленного металла из чаши к другим элементам литниковой системы или непосредственно в полость формы, образующей контуры отливки;

         шлакоуловитель - предназначен для задержания неметаллических включений (шлак, частицы формовочной смеси и др.) и передачи расплава из стояка к питателям;

         питатели - каналы, обеспечивающие подвод расплавленного металла непосредственно в полость литейной формы;

         выпор - вертикальный канал, необходимый для вывода газов из полости формы, питания отливки при затвердевании и контроля окончания процесса заполнения рабочей полости расплавом;

-        прибыль - полость в форме, которая заполняется расплавом, для питания массивных частей отливки при затвердевании и предотвращения образования в отливке усадочных дефектов.

В зависимости от способа заполнения формы металлом литниковые системы можно разделить на боковые с подводом металла в плоскости разъёма, сифонные, верхние и дождевые, ярусные, комбинированные и этажные. По соотношению площадей литниковые системы бывают расширяющиеся и сужающиеся ([8], стр. 340).

В данном случае наиболее оптимальной является боковая литниковая система с подводом металла по плоскости разъёма формы. Для отливок из ВЧ45 применяют сужающие литниковые системы. Это позволяет выровнять скорость охлаждения отливки и создания нормальной структуры. Применение такой литниковой системы обеспечивает направленное затвердевание отливки. Для подпитки массивных узлов отливки применяются питающие бобышки.

Правильно построенная литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям:

-    обеспечивать хорошее заполнение формы металлом и питание отливки в процессе ее затвердевания;

-       способствовать получению отливки с точными размерами, без поверхностных дефектов (зазоров, ужимин, шлаковых включений и др.);

-       способствовать направленному затвердеванию отливки;

-    расход металла на литниковую систему должен быть минимальным ([2], стр. 130).

Расчёт сводится к определению площади наименьшего сечения стояка и питателей литниковой системы с последующим определением соотношения площадей сечения остальных элементов системы. Исходные данные для расчета литниково-питающей системы приведены в таблице 9.

Таблица 9 - Исходные данные для расчета литниково-питающей системы

Сечение питателя находим по формуле ([9], п. 1.1):

,                                                                    (1)

где G - масса жидкого металла на отливку, кг;

µ - коэффициент расхода, зависящий от внутреннего сопротивления формы, µ=0,42 ([9], табл. 1.3);

Hр - расчетный металлостатический напор, см.

Масса жидкого металла на отливку:

,                                                                                           (2)

где G0 - черновой вес отливки, кг;

η - коэффициент использования металла (технологического выхода годного литья), η=0,75 ([9], табл. 1.1).

 (кг)

Оптимальную продолжительность заливки находим по формуле ([9], п.1.4):

,                                                                                        (3)

где S - эмпирический коэффициент, зависящий от толщины стенки отливки; S=1,3 ([9], табл. 1.2).

 (с)

Расчетный металлостатический напор определяем по формуле ([9], п.1.3):

,                                                                                 (4)

где H0 - полный напор, высота столба металла от верхней кромки уровня металла в чаше или воронке до верхней кромки входа металла в форму, см; H0=30 (см);

P - высота отливки в верхней полуформе, см; P=5,7 (см);

C - общая высота отливки, см; C=13,9 (см).

 (см)

Правильность расчета оптимального времени заливки необходимо проверить по значению минимально допустимой линейной скорости заливки (поднятию уровня металла в форме)([9], п1.4):

,                                                                                          (5)

где Vлин - скорость подъема уровня металла в форме, мм/с; Vлин=19 (мм/с) ([9], табл. 1.4);

Следовательно,

,                                                                                           (6)

 (с).

 (см2)

Для рассредоточенного питания отливки принимаем систему из двух питателей (см. рис. 1).

Следовательно площадь одного питателя равна Fпит =1,96, см2.

Соотношение сечений элементов литниковой системы для мелких отливок: Fпит : Fшл : Fст = 1,0 : 1,05: 1,1 ([9], стр. 18)

Площадь шлакоуловителей:

                                                                             (7)

 (см2)

Площадь стояка:

                                                                               (8)

 (см2)

Диаметр верхнего сечения стояка:

                                                                                       (9)

                                                                                       (10)

 (см)

Расчет чаши произведем по формуле:

                                                                                (11)

где Dв - верхний диаметр чаши, см;

Hв - высота чаши, см.

 (см)

Так как отливка изготавливается из чугуна ВЧ45, то для устранения литейных дефектов усадочного характера запитку производим через питающую бобышку.

По справочным данным подбираем питающую бобышку с оптимальными габаритными характеристиками и сечением питающей шейки 6 см2.

7. РАСЧЕТ ВЕСА ГРУЗА

Жидкий металл, заполняющий полость формы, оказывает давление на стенки формы, пропорциональное плотности и высоте его столба. Это может привести к тому, что под давлением расплава верхняя опока приподнимиться, в результате между верхней и нижней полуформами образуется щель, через которую расплав может вытечь. Боковые и нижние стенки должны иметь достаточную прочность, чтобы противостоять давлению металла, а верхняя полуформа должна быть прижата к нижней с определенным усилием, чтобы металл не приподнял ее. По закону Паскаля вертикальное давление жидкого металла (подъемная сила) на верхнюю полуформу равно весу воображаемого столба жидкого металла, расположенного над верхней поверхностью отливки до уровня металла в литниковой чаше, кг:

P=F∙ρ∙h                                                                                          (12)

где F - горизонтальная проекция отливки и литниковой системы в плоскости разъема, см2; F=224,78 (см2);

ρ - плотность расплава, г/см3; ρ=7,2 (г/см3);

h - высота столба над верхним уровнем отливки, см; h=24,3 (см).

Стержни, находящиеся в форме, при заполнении ее испытывают давление жидкого металла. Если стержень со всех сторон омывается металлом, то он, по закону Архимеда, подвергается действию выталкивающей силы, равной весу металла в объеме стержня (за вычетом знаковых частей). С учетом этого, формула расчета подъемной силы (кг) будет иметь вид:

P=F∙h∙ρ+Vст ∙(ρ-ρст)                                                                      (13)

где Vст - объем стержней без знаков, см3;

ρст - плотность стержней, г/см3; ρст=1,5 (г/см3).

Vст=Vобщ-V1 зн-V2 зн                                                                (14)

где Vобщ - объем стержня, см3;

V1 зн, V2 зн - объем знаковых частей, см3;

Vст=1358,81 (см3).

Вес верхней полуформы противостоит давлению металла снизу, его вычитают из подъемной силы.

В момент заполнения формы имеет место динамический удар на верхнюю полуформу. Для его учета вводится коэффициент К, равный 1,3-1,5 (в зависимости от металлоемкости форм). Для мелких - 1,3, для крупных - 1,5.

Таким образом, формула для расчета груза имеет окончательный вид([9], п.2.3):

=K∙F∙h∙ρ+Vст∙N∙(ρ-ρст)-Q                                                             (15)

где N - количество стержней, шт.; N=1 (шт.);

Q - вес верхней полуформы, кг; Q=240 (кг).

P=1,3∙224,78∙24,3∙7,2+1358,81∙1∙(7,2-1,5)-240= -15 (кг).

Следовательно, пригруз не требуется.

8. РАСЧЕТ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВКИ

Длительность охлаждения отливок в форме определяется теплосодержанием металла в форме, толщиной стенок отливок, теплофизическими свойствами формовочных материалов и склонностью сплава к образованию трещин. Для небольших отливок со стенками малой толщины продолжительность охлаждения исчисляется минутами. Толстые и массивные отливки весом до 50-60 тонн охлаждаются в форме в течении нескольких суток или даже недель. Общая продолжительность охлаждения отливки в форме включает время, необходимое для отвода теплоты перегрева расплава, теплоты кристаллизации, и продолжительностью охлаждения отливки от температуры солидус до заданной.