Технология литейного производства

1. Описание детали Данная технология предназначена для получения методом литья в песчано-глинистую форму отливки кронштейн задней подвески кабины (далее кронштейн) из сплава ВЧ 40.

2. Свойства Сплава ВЧ 40

Отличительной особенностью ВЧ являются его высокие механические свойства, регламентируемые ГОСТ 7293–70, которые вместе с рекомендуемым составом представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Такие показатели механических свойств обусловлены наличием в структуре ВЧ шаровидного графита.

Износостойкость является положительной особенностью ВЧ. Этот чугун часто применяется для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа и трения при высоких удельных давлениях и затрудненной смазке.

По герметичности ВЧ значительно превосходит СЧ вследствие отсутствия графитной пористости и поэтому является благоприятным материалом для отливок, работающих под большим давлением (400 кгс/см² и более).

Коррозионная стойкость ВЧ весьма высока: не ниже, чем у СЧ, и значительно выше, чем у углеродистой стали. При коррозии чугуна очень быстро образуется поверхностный окисленный слой, который прочно сцеплен с матрицей и препятствует дальнейшему развитию коррозии, в отличие от стали, на поверхности которой образуется легко отслаивающийся слой, не препятствующий дальнейшему распространению коррозии.

Кавитационная стойкость ВЧ значительно выше, чем у СЧ.

Жаростойкость ВЧ выше, чем у СЧ, вследствие меньшего окисления металла по границам разобщенных включений графита и уменьшению роста, что особенно заметно при высоких температурах. При температурах до 400−500 ?C явление роста в ВЧ практически не наблюдается, а механические свойства чугуна при этих температурах снижаются незначительно.

Литейные свойства ВЧ значительно отличаются от соответствующих свойств других чугунов.

Жидкотекучесть ВЧ выше, чем у КЧ и СЧ высоких марок, и значительно выше, чем у стали, благодаря повышенному углеродному эквиваленту, что позволяет отливать из этого чугуна детали с толщиной стенки 3−4 мм со сложной конфигурацией, и, кроме того, способствует получению отливок с чистой внешней поверхностью.

ВЧ обладает большой склонностью к образованию усадочных дефектов. Однако усадка в жидком состоянии практически не отличается от СЧ. Общая усадка ВЧ и СЧ практически не различаются, поэтому изготовление моделей и стержневых ящиков часто производится с применением тех же усадочных масштабов, что и для СЧ.

3. Анализ конструкции Способом получения внутренних полостей отливки является использование стержня. Отливка выполняется в песчано-глинистой форме с использованием стержня. Зная размеры опок в свету, в одной форме располагается восемь отливок.

Анализ серийности и области применения детали.

Кронштейн задней подвески кабины — деталь, применяемая в автомобилестроении. Кроме того, кронштейн задней подвески кабины входит в комплект запчастей, которыми производитель должен обеспечивать поддержку выпуска своей продукции. Таким образом, изготовление отливки — это крупносерийное или массовое производство.

4. Возможные методы изготовления детали

Отливка из-за сложных поверхностей (как внутренних, так и внешних) может быть получена только литьём. Наиболее дешевая технология — литье в песчано-глинистые формы (ПГФ).

5. Обоснование выбранной технологии

Для получения кронштейн задней подвески кабины будет применена технология получения отливки в песчано-глинистую форму с расположением в форме восьми отливок. Такой способ позволяет получить качественные отливки при машинной формовке. Метод получения отливок в ПГФ является наиболее распространенным, и не требует дополнительных кадровых и материальных затрат.

6. Конструирование отливки

Определение положения отливок в форме.

Факторы, повлиявшие на выбор положения оливок в форме:

создание условий для лучшего заполнения формы металлом

создание условий для однородного затвердевания

возможность отделения готовой полуформы от модельной плиты без подрывов и разрушений

удобство простановки стержней

удобство сборки и транспортировки форм и с учетом геометрии и размеров отливки, отливки при формовке.

Выбор линии разъёма. Линия разъема формы выбрана исходя из расположения отливки в двух полуформах, удобства формовки и изготовления моделей. Выбранная линия разъема для данной отливки показана на чертеже МГТУ МАМИ 11.01.01. Максимальные припуски, рассчитаны на основании ГОСТ 26 645– — 85.

Назначение величин припусков на механическую обработку Расчет произведен с помощью пакета программ ТОТЛ 1

Все расчеты проводятся на основе ГОСТ 26 645– — 85.

Отливка: Кронштейн задней подвески кабины Марка сплава: ВЧ-40

Масса детали [кг]: 2,32

Масса отливки [кг]: 3,45

Наибольший габаритный размер отливки [мм]: 182

Сложность отливки по прейскуранту 25−01: средняя Наличие термообработки: нет Эксплуатационные требования к отливке: отливка ответственного назначения Количество отливок в форме: 8

Техпроцесс изготовления форм:

Литье в песчано-глинистые сырые формы с характеристиками:

Влажность: от 2,8% до 3,3% включ.

Прочность: от 120 кПа до 160 кПа включ.

Твердость: от 90 ед. до 80 ед. включ.

Техпроцесс изготовления стержней:

Стержни из песчано-смоляных смесей, отверждаемые в холодной оснастке, неокрашенные. Количество отливок, выпускаемых в год: 100 000

Технологическая точность литейного оборудования: нормальная Уровень квалификации рабочего персонала: средний Точность отливки: 11−7-15- 11 — см 2.40мм ГОСТ 26 645–85

Ряд припуска: 7

7. Определение способа выполнения внутренних полостей отливки

Обоснование выбора стержней. Выполнение внутренних полостей отливок в литейном производстве может осуществляться путем использования стержней, организации земляных болванов в форме. Внутренние полости отливки выполняются стержнем.

8. Назначение количества отливок в форме

Исходя из размеров отливки, литниковой системы, газоотводных каналов, а также из размеров между отливками и элементами ЛС, необходимых для получения качественных форм и размеров между краем модельной плиты и элементами, размещенными на ней, наиболее рационально будет расположение 8 отливки в форме.

9. Расчет питания отливок

Назначение питающей системы и требования к ней.

Назначение питающей системы литейной формы — подвод металла к полости формы, очерчивающей форму отливки. За время подвода металла должно произойти всплытие шлака, должен быть исключен подсос воздуха при заливке, постоянно должна происходить подпитка отливки металлом при кристаллизации сплава.

Расположение и количество элементов питающей системы показано на чертеже модельной плиты МГТУ МАМИ 11.01.02.

Расчет литниковой системы.

Литниковая система литейной формы должна отвечать следующим требованиям:

а) обеспечивать заполнение формы в необходимое время;

б) при данном расходе вводить металл в полость формы с возможно меньшей линейной скоростью (с целью предотвращения размыва формы и интенсивного перемешивания металла, вызывающих образование засора, окислительных пленок, газовых включений);

в) препятствовать засасыванию воздуха и газов из стенок формы потоком металла (создавать положительное давление во всех сечениях канала);

г) задерживать шлак и другие неметаллические включения;

д) позволять, при необходимости, производить модификацию расплава во время процесса заливки;

е) способствовать созданию нужного теплового режима металла и формы и получению годных отливок;

ж) не затруднять усадку отливок;

з) легко отделяться от отливки и не вызывать больших затрат на обрубку и очистку.

Минимальное сечение литниковой системы расположено внутри системы под стояком, что обеспечивает малую выходную скорость металла из питателей.

Исходные данные для расчёта:

1.Количество отливок в форме -8 шт.

2.Масса одной отливки — 3,6 кг.

3.Тип сплава: ВЧ.

4.Скорость заливки металла: нормальная.

5.Тип производства:

6.Способ модифицирования: в форме.

7.Материал отливки: ВЧ-40.

8.Металлостатический напор (высота верхней полуформы): Н=150 мм.

Расчет:

1.Суммарная масса отливок 14,4 кг, по графику (1) стр. 336 находим m_tcp=1,5 кг/с

2.По графику (1) стр. 338 при h_о.в./h_o=0.35 и h_o.в/H=0.27находим К=1,04, отсюда m_tн=1,04*1,5=1,56 кг/с

3.По графику (1) стр. 341 выбираем воронку № 3 с параметрами: S_ст.в.=2,88 см², d_cт.в.=23 мм, D=60 мм, Н_в'=60 мм.

4. По графику (1) стр. 357 при m_tн=1,56 кг/с и V_Me=45 см/с, находим площадь сечения ветви шлакоуловителя S_шл=5 см², при этом а=22 мм, b=0.7*22=15 мм,

h_шл=1.25*22=27 мм Согласно формуле IV.46 (1)стр.340

L?17.5*1,56/2,5?10,9(см) ?109(мм) Соответственно на каждую сторону приходиться 55 мм длины шлакоуловителя со значением а=22, b=15 и h_шл=27 мм, S_шл=5 см².

5. По графику (1) стр. 359 при m_tн=1,56 кг/с и V_{Me шл}=45 см/с находим, что суммарная площадь питателей по каждую сторону от стояка составит? S_пит=3,2 см²

По отношению IV.48 (1) стр. 340 h_пит ?1/5*27?5 (мм) Принимаем h_пит=4 мм При двух питателях ширина каждого равна 320:(4*4)=20 мм

6.Металл расходится от стояка в две стороны, поэтому требуется двусторонний щелевой дроссель. По графику (1)стр.357 определяем Н_р:

Н_р=Н-h_пн.шл

h_пн.шл?h_ni

h_ni=36 мм — пьезометрический напор Н_р=150−31=119 (мм) При таком напоре и необходимом массовом расходе равным 3.0 кг/с по графику (1) стр. 348 выбираем дроссель № 3 с массовым расходом 3,0 кг/с. Поэтому необходимо пересчитать величину с:

?S=3,0 см²-суммарная площадь перьев дросселя

7.Так как площадь стояка должна быть равной или быть больше площади малого сечения, то вместо найденного в пункте три значения S_ст.в.=2,88 см² принимаем S_ст=3 см², d_cт=24 мм с формовочным уклоном в сторону увеличения диаметра.

По графику (1)стр.364 выбираем боковую прибыль D=50 мм.

Диаметр шейки прибыли:

d_ш=1.2*l_ш+0.1D_пр

d_ш1=1.2*6+0.1*50=7.2+5=12.2 (мм)

d_ш2=1.2*8+0.1*50=9.6+5=14.6 (мм)

10. Технология изготовления стержней

Назначения стержней и требования к ним.

Стержни служат для формирования внешних и внутренних полостей отливок. Все стержни должны обладать достаточной прочностью и термической стойкостью, чтобы не разрушаться при постановке в форму, заливке металла и в течение времени контакта с ним. Кроме того, стержень должен обладать достаточной газопроницаемостью для отвода из формы образующихся при заливке газов, и минимальной газотворной способностью. Материал стержня не должен образовывать пригара на поверхности отливок и внутри оформляемых полостей. При выбивке отливки из формы стержень должен как можно легче разрушаться.

Получение стержней.

Один стержень используется для производства 1 отливки. В форме будет расположено 8 отливок, то есть в форму необходимо установить 8 стержней.

Стержни необходимого размера и конфигурации можно изготовить в стержневых ящиках с конвективной сушкой.

Состав стержневой смеси.

Состав стержневой смеси:

Кварцевый песок 1KiOi02- 100%;

Поливинилпирролидон — 0,7%.

Натриевые соли жирных карбоновых кислот — 0,05%.

Получение стержневой смеси Приготавливают стержневую смесь в смесителях с последующей транспортировкой в кюбелях или бадьях на стержневые участки, где смесь распределяется по стержневым автоматам. При перемешивании компонентов жидкие составляющие добавляют в смесители в виде суспензий.

После простановки в сырую песчано-глинистую форму стержней, выполненных по описанной технологии, они могут насыщаться влагой, т. е. обладает гигроскопичностью, вследствие чего уменьшается прочность таких стержней, поэтому не допускается заливать на следующие сутки незалитые литейные формы с установленными в них стержнями.

В остальном стержни, изготовляемые с конвективной сушкой отличаются высокими технологическими показателями, и с успехом применяются в крупносерийном производстве.

Характеристика стержневой смеси.

Свойства смеси:

— Содержание глинистой составляющей — 0,5 -1,0%;

— Влажность — 1,8−2,3%;

— Газопроницаемость — 100 ед.

— Прочность при сжатии в сыром состоянии — 0,006−0,008 МПа (при более высокой прочности могут образоваться каверны);

— Прочность при растяжении в сухом состоянии — 1,0 — 1,7 МПа.

Взяты со справочника «Формовочные материалы и ТЛФ» С. С. Жуковский Конструкция стержневого ящика

Стержневой ящик подробно представлен на чертеже МГТУ МАМИ 11.01.04, он представляет собой ящик для изготовления стержней конвективной сушкой и собран из отдельно выполненных конструктивных единиц, скрепленными стандартными крепежными изделиями — болтами и др. Расчет вент стержневого ящика Объем стержня Масса стержня

для смесей с прочностью свыше 0,1кгс/см?.

Применяем, исходя из того, что расстояние между соседними вдувными отверстиями должно равняться 80.90мм. Берем шесть вдувных отверстий.

Выбираем венты o 16 мм

[3] c. 179 табл. 11.

Количество вент

11. Технология изготовления модели Выбор технологии изготовления модели.

Всего существуют несколько способов изготовления моделей:

модели могут быть изготовлены литьем;

штамповкой;

на токарно-фрезерном оборудовании;

вручную и т. д.

Материал для моделей также используется самый разный:

древесина;

сталь;

чугун;

силумин;

полимеры.

Деревянные модели могут быть успешно применены в мелком и единичном производстве, для изготовления единичных, разовых партий деталей, уникальных деталей, а также для пробного экспериментального производства.

В данном случае крупносерийного производства деревянные модели и модели из подобных материалов применены быть не могут из-за большого износа, малой долговечности, невысокой точности, низкой прочности и нетехнологичности изготовления в массовом масштабе.

В качестве материала для изготовления модели был избран АК9, который хорошо обрабатывается, обладает достаточной прочностью, качественной поверхностью после чистовой механической обработки и финишной обработки, доступностью применения.

Модели должны отвечать следующим требованиям:

— высокая точность размеров;

— гладкая и чистая рабочая поверхность;

— высокая износостойкость;

— высокая долговечность;

— способность противостоять внешним воздействиям окружающей среды.

Модель чаши дифференциала выполняется пустотелой.

Исходная промодель выполняется из древесины с учетом двойной усадки и припуском на механическую обработку. Поскольку промодель является моделью для изготовления рабочей модели, а последняя пройдет механическую обработку, то вполне оправдано использование древесины в качестве материала для изготовления промодели.

Двойная усадка включает усадку сплава металлической модели и усадку металла изделия.

12. Проектирования модельной оснастки

Назначение модельной оснастки и технологические требования к ней.

Модельная плита служит для монтажа на ней моделей изготавливаемой отливки, моделей литниковой системы и других деталей, которые в совокупности формируют внутреннюю полость литейной формы, литниковые ходы и другие детали литниковой системы. Формовка литейной формы производится на модельной плите. Модельная плита должна отвечать следующим основным требованиям:

высокая точность размерной цепи, связывающей единицы крепежных элементов;

достаточно высокая гладкость поверхностей;

высокая плоскостность (минимальные допуски на отклонение поверхностей от геометрической плоскости) воизбежании образования заливов металла по линии разъема формы;

долговечность;

ремонтопригодность.

Монтаж моделей.

Монтаж моделей включает в себя установку деталей на модельную плиту и центрирование их с помощью направляющих штифтов и их закрепление крепежными единицами (болтами). На модельной плите должны быть установлены 8 моделей для получения 8 отливок кронштейн задней подвески кабины (одна модель для получения 1 отливки) и элементы литниковой системы (стояк, питатели, газоотводные каналы и т. д.). Модельная плита представлена на чертеже МГТУ МАМИ 11.01.02.

13. Выбор формовочной смеси

Назначение и технологические требования.

Формовочная смесь является основным материалом для изготовления литейных форм. Формовочная смесь образует собой внутренние полости формы, которые представляют собой получаемую отливку и формируют элементы литниковой системы.

Формовочная смесь должна отвечать следующим требованиям:

прочность — достаточная для удержания смеси в опоке и не разрушении формы;

прочность — достаточная для удержания отливки после заливки жидкого металла;

высокая газопроницаемость для отвода газов, образующихся после заливки металла в форму;

огнеупорность и способность не разрушаться при воздействии температуры заливаемого металла;

податливостью;

противопригарной способностью;

низкой газотворностью;

долговечностью.

Состав формовочной смеси.

Для изготовления формы используется единая формовочная смесь, состав которой приведен в таблице 1.2. Основным компонентом этой смеси является обогащенный кварцевый песок. Рекомендуется применять песок марки ОБ1К02А (с содержанием глинистых составляющих не более 0,2%), просеянный через сито.

Жидкие компоненты могут применяться в виде суспензий. Глина и уголь вводятся в смесь в виде глинисто — угольной суспензии на водной основе.

Уголь в составе формовочной смеси применяют для уменьшения пригара, а также уголь способствует науглероживанию чугунных отливок. Основным связующим является бентонит. Для получения более четкого отпечатка, уменьшения осыпаемости смеси и уменьшении ужиминообразования в составе смеси применяется крахмалит. Сульфитно-спиртовая барда применяется для повышения текучести смеси, противопригарная добавка.

Применяемый состав формовочной смеси приведен в таблице 1.2

Состав формовочной смеси.

Таблица 1.2

Данные по составу формовочной смеси взяты в «ТЛП» А. П. Трухов стр.85

Свойства формовочной смеси.

Физико-механические свойства и характеристика данной формовочной смеси представлены в таблице 1.3.

Физико-механические свойства данной формовочной смеси.

Таблица 1.3

Расчет освежения формовочной смеси.

В процессе оборота формовочной смеси с ее составляющими происходят необратимые процессы: глина теряет связующую способность (происходит потеря конституционной влаги), уголь и крахмалит, выгорают, песок растрескивается превращаясь в пыль. В результате этого в смеси происходит накопление мелочи и смесь теряет свои первоначальные свойства — резко снижается газопроницаемость смеси, увеличивается осыпаемость, ухудшается формуемость, снижается прочность. Таким образом, необходимо восстанавливать свойства смеси путем добавления свежих компонентов. Этот процесс называется освежением формовочной смеси. После цикла использования формовочную смесь необходимо освежать.

С целью освежения принудительно часть отработанной формовочной смеси в количестве 5…7% выводят в отвал, а вместо выведенной в отвал смеси вводят свежие материалы. В результате этой меры достигается стабилизация мелочи на уровне 13…15 процентов. Полная стабилизация наступает через 3…5 оборотов смеси.

Кроме освежения смеси кварцевым песком, в смесь также вводят и иные добавки, для них производится расчет с целью точного потребленного количества.

— металлоемкость формы

— коэффициент, зависящий от термофизических свойств смеси

— активное содержание бентонита

— активное содержание угля

— активное содержание крахмалита

— величина освежения, %

— масса смеси в опоке, кг

Технологические особенности процесса приготовления формовочной смеси.

При приготовлении формовочной смеси необходимо принимать во внимание следующее:

1. При газопроницаемости менее 100 единиц производить сброс смеси в отвал (до 30 процентов) с увеличением освежения (до 10 процентов);

2. При завышенном содержании в смеси пылевидных фракций в смесь подавать обогащенный кварцевый песок;

3. При изменении содержания углерода, крахмалито — содержащего реагента, добавку их в смесь производить в сухом виде до требуемой величины;

4. При завышенной сырой прочности смеси подавать воду в эмульсионный бак;

5. В летнее время влажность формовочной смеси держать на 0.2% выше;

6. Рассев песка производить один раз в смену. Проба отбирается с вибродозатора или ленточного конвейера лаборантами цеха;

14. Расчет груза Для предотвращения раскрытия стыка и ухода металла прибегают к различным методам скрепления опок с помощью скоб, болтов, эксцентриковых зажимов и т. п., для выбора которых необходимо знать, действующее на верхнюю полуформу.

Расчет груза выполняют для определения именно этого усилия, но при этом используют старинное название процедуры «расчет груза» .

15. Расчет времени охлаждения отливки

Расчет времени охлаждения отливки до температуры выбивки.

Большинство эксплуатационных и технологических свойств отливки формируется во время затвердевания отливки в форме.

Температурой выбивки в литейном производстве называется такая температура затвердевающей отливки в форме, при достижении которой форму можно разрушать и извлекать полученную отливку, не увеличивая при этом вероятность получения брака.

Выбивка отливки, не остывшей до температуры выбивки, недопустима ввиду возможного растрескивания, коробления, деформации и других видов брака.

Расчет необходимого времени для охлаждения отливки нужен для определения длины охладительной ветви литейного конвейера. Таким образом, расчет определяет производственную технологию.

Исходные данные для расчета:

Тзал. = 1380 °C — температура заливки.

Ткр. = 1170 °C — температура кристаллизации.

Твыб. = 400 °C — температура выбивки.

С ж = 838 Дж/кг*К — удельная теплоемкость расплава Ст = 560 Дж/кг*К — удельная теплоемкость твердого металла

pт = 7200 кг/м³ — плотность металла

pж = 6690 кг/м³ — плотность расплава

L = 215 кДж/кг — эффективная теплота кристаллизации

B = 1377 вт*с ½ /м² *K — коэффициент теплоаккумуляции формы Тф = 20 °C — температура формы

t охл =50 °Cтемпература до которой охлаждается отливка на воздухе.

Т ср=20°Cтемпература среды (воздуха).

V=0,5 381 м?- объем отливки Приведенная толщина отливки:

= 3807,6 сек + 8,3мин = 1 час 2 мин

16. Виды брака и меры по его устранению

Для отливки детали чаша дифференциала возможными основными видами брака являются:

Засор по причине неправильной установки стержней или недоброкачественной работы сборщика форм;

Недолив по причине недостаточно высокой температуры заливаемого металла или нехватки металла;

Пригар по причине несоответствия марки формовочной или стержневой смеси, либо нарушения технологии её приготовления;

Разрушение по причине несвоевременной выбивки отливки из формы или в результате механических воздействий на залитую форму;

Образование трещин из-за нарушения технологии изготовления и (или) режимов заливки;

Образование газовых раковин и (или) газовой пористости по причине захвата воздуха металлом;

Коробление при плохо изготовленной форме (недостаточной податливости).

17. Контроль качества отливок

Основной задачей технического контроля в литейном производстве является выявление брака и предупреждение его появления.

Аппарат технического контроля осуществляет контроль и приемку продукции цеха. Размер и все параметры отливок в производстве проверяются в начале освоения технологии на первых отливках, а в дальнейшем по необходимости. Размер и конфигурация отливок могут с течением времени изменятся ввиду износа модельной оснастки, поэтому необходим периодический контроль готовой продукции и применяемой оснастки, по необходимости производится замена модельной оснастки на отремонтированную, а в случае невозможности ремонта — на новую. Размеры и профиль отливок контролируется по шаблонам и с помощью измерительных инструментов. Отклонения размеров от установленных техническими условиями должны находиться в пределах допусков.

Химический состав металла тщательно контролируется химическими способами в лаборатории цеха. Анализ выплавляемого металла берётся после расплавления последней порции шихты, загруженной в тигель.

Структура металла обязательно контролируется на шлифах, полученных с помощью литых образцов. Для этого берется небольшая порция металла и отливается образец. Для контроля структуры металлической основы полученный отлитый образец разрезается и полируется место разреза, после чего оно подвергается соответствующей обработке (в зависимости от того, какое исследование предполагается сделать). После этого проводят осмотр полученного таким образом шлифа под микроскопом.

Выявление скрытых дефектов производится с помощью просвечивания рентгеновскими лучами (рентгенография, рентгеноскопия). На рентгенограмме отливки не должно быть неоднородности структуры, микротрещин и других дефектов. При необходимости проводятся механические испытания (на кручение, излом, и т. д.). Все периодически повторяющиеся виды брака анализируются с целью изучения причин и для улучшения технологии процесса.

Выводы кронштейн чугун литье отливка Разработана технология изготовления отливки кронштейн задней подвески кабины из чугуна марки ВЧ40. Форма изготавливается в условиях машинной формовки. Стержни изготовляются с использованием конвективной сушки.