Материал: Разработка технологического процесса изготовления отливки
При анализе процесса формирования отливок в форме различают несколько стадий, характеризующих изменение состояния металла.
стадия. Начало процесса, когда происходит заполнение формы расплавом и его частичное охлаждение в результате теплообмена с формой.
стадия. Охлаждение расплава после окончательного заполнения формы и отвода от неё тепла.
стадия. Представляет собой процесс охлаждения в форме полностью затвердевшей отливки. При этом в ней идут структурные превращения.
Для расчетов использовано понятие «удельная теплота течения» - количество тепла, аккумулированное формой за время течения t1 и отнесенное к массе элемента отливки, qтеч.
При заливке металла в сырую форму в зоне контакта металл-форма происходит интенсивное испарение влаги, перемещение пара вглубь формы, конденсация его на непрогретых участках. В связи с этим эффективная теплотворность формы заметно возрастает по сравнению с сухой.
Как и для сухой для расчетов необходимо определить qтеч.
Для сырой формы:
(16)
где
b2 - коэффициент аккумуляции тепла материалом формы.
Для песчано-глинястой формы 
;
θтеч - разность между температурой заливки и температурой кипения воды;
R - половина толщины стенки, м;
ρ1 - плотность жидкого металла; для чугуна ρ1=7200 (кг/м3);
n - показатель степени параболы.
Для
сырой формы:
, (17)
где Uo - исходная влажность формы в сотых долях, Uo=0,04;
- время
течения (продолжительность заливки), с;
(с).
A - параметр,
определяемый по формуле:
, (18)
где U1 - влажность на границе сухой - влажный участок формы, в сотых долях;
(19)
С2 - удельная теплоемкость сухой формы; С2=1250 (Дж/кг∙град);
rи - удельная
теплота испарения влаги, rи = 
;
θп - разность температур на границах сухой - влажной
зоны;
(20)
где Тзал - температура заливки расплава, (◦С);
Ткип - температура кипения воды, (◦С).
Расчет отвода теплоты перегрева
Время отвода теплоты перегрева:
, (21)
где
- плотность жидкого металла, 
-
плотность жидкого металла, 
Расчет времени затвердевания отливки
Полное
время затвердевания:
; (22)
, (23)
где
- удельная теплота кристаллизации с учетом понижения
температуры.
(24)
где
;
;
(Дж/кг).
(25)
где
температура заливки, (◦С);
-
температура кристаллизации, (◦С);
;
;
(с).
Общее время кристаллизации:
(с).
9. ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ РАСЧЕТА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЗАЛИВКИ И
ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ «LVMFLOW»
С использованием компьютерной программы «Компас-3D V10», разработана объемная отливка «Ступица», стержень вместе со стержневыми знаками, а также литниковая система (стояк, шлакоуловитель, питатель). Затем выполнена сборка, т.е в полость уже готовой отливки вставлен стержень, а затем была присоединена и сама литниковая система. Получившаяся сборка была импортирована в компьютерную программу «Solid Works». Далее из «Solid Works» сборка импортирована в компьютерную программу «LVM FLOW». Были установлены параметры заливки: тип литья, марка и температура заливаемого металла, установлен подвод металла (точка, через которую будет заливаться расплавленный металл, т.е точка на литниковой чаше). Затем в программе «LVM FLOW» была произведена заливка полости формы расплавленным высокопрочным чугуном марки ВЧ45.
В результате моделирования заливки, была произведена
проверка правильности расчета продолжительности заливки и затвердевания
отливки. В данной программе был просмотрен весь режим заполнения формы в реальном
времени (рис. 4), скорость заполнения полости формы металлом (рис. 6),
определено время затвердевания отливки (рис. 3), динамика изменения температуры
отливки после заполнения формы (рис. 7), возможные узлы, подверженные
образованию усадочных раковин (рис. 8), а также места возможного образования
микропористости (критерий Ниямы) (рис. 9).
Рисунок 3 - Время затвердевания отливки (21 мин 55 с)
Рисунок 4 - Объем жидкой фазы при охлаждении отливки (время охлаждения- 5 мин 25 с)
Рисунок 5 - Тепловой модуль отливки
Рисунок 6 - Распределение скорости расплава в отливке (время - 0 мин 07 с)
Рисунок 7 - Распределение температуры в отливке (время охлаждения - 3 мин
06 сек)
Рисунок 8 - Распределение усадки в отливке
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе выполнения курсовой работы по дисциплине
“Теория и технология литейного производства” была разработана технология для
производства отливки «Ступица КЛ 0109101», произведен анализ технологичности
детали, выбор и обоснование выбора формовочной и стержневой смеси для
изготовления формы и стержней, выбор и расчет литниково-питающей системы, расчет
веса груза, расчет продолжительности затвердевания отливки, а также с помощью
компьютерной программы «LVM FLОW» проверена правильность расчета
продолжительности заливки и затвердевания отливки.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1 Конструкционные материалы: Справочник под общей редакцией Б.Н. Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1990. - 688 с.; ил.
2 Титов Н.Д., Степанов Ю.А. Технология литейного производства. -М.: Машиностроение, 1974. - 472 с.
Жевтунов П.П. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. - М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1957. - 420 с.
ГОСТ 14205-83 «Технологичность конструкции изделий. Термины и определения».
ГОСТ 26645-85 «Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку».
ГОСТ 3212-92 «Комплекты модельные. Уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров».
Формовочные материалы и технология литейной формы под общей редакцией С.С. Жуковского. - М.: Машиностроение, 1993. - 432 с.: ил.
Кукуй Д.М., Скворцов В.А., Эктова В.Н. Теория и технология литейного производства. Мн.: Дизайн ПРО, 2000. - 416с.: ил.
Теория и технология литейного производства: Практическое руководство к выполнению курсового проекта для студентов специальности Т.02.02.01 «Технология, оборудование и автоматизация литейного производства». - Гомель: Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого», 2001, - 27с.