ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью курсовой работы является:
- ознакомить студентов с методикой и основными приемами разработки практической технологии литья, расширив и углубив тем самым материал лекционной части курса по литейному производству;
- приобщить к работе с технической литературой и государственными стандартами;
- дать навыки проведения инженерных расчетов, оформления конструкторской и технологической документации в соответствии с требованиями ЕСКД и ЕСТД.
Одной из важнейших заготовительных баз машиностроения является литейное производство, на долю которого приходится около половины выпуска всех заготовок для изготовления деталей машин. Инженеру-механику важно знать не только общие принципы производства литых заголовок (отливок), но и особенности разработки их технологии. Большинство отливок получают литьем в разовые песчаные формы, изготавливаемые из формовочной смеси, в состав которой входят кварцевый песок, огнеупорная глина, вода и специальные добавки. Из чугуна делают более 75%, а из стали около 15% отливок. Темой настоящей курсовой работы является разработка технологического процесса изготовления чугунной или стальной отливки литьем в разовые песчаные формы. Работа выполняется в соответствии с рабочим планом машиностроительных специальностей после прослушивания лекций по разделу «Литейное производство».
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО МЕТОДИКЕ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ
Основной для разработки технологического процесса изготовления отливки является чертеж детали. Выбор наилучшего варианта изготовления отливок производится путем анализа технологичности конструкции детали с точки зрения процессов литья, основными среди которых являются формовка и усадка. Понятие технологичности применяется для обозначения степени соответствия изделия требованию наиболее экономичной технологии его изготовления. Технолог-литейщик на основе анализа технологичности детали уясняет следующий круг вопросов:
1. Сложность конфигурации детали, которую подразделяют на пять групп [1]. К первой группе сложности относятся отливки простой конфигурации, изготовляемые преимущественно без стержней: крышки, валки, кольца и т.д. Отливки второй группы имеют вид простейших геометрических тел с небольшими выступами и углублениями, их отдельные части выполняются стержнями; типовые представители этой группы отливок: фигурные крышки, рычаги, стаканы, опоры, маховики и др. К третьей группе сложности относятся отливки, имеющие открытую коробчатую, сферическую, полусферическую, цилиндрическую и другие формы: зубчатые колеса без литых зубьев, корпуса и крышки редукторов и т.п. Отливки четвертой группы сложности имеют криволинейные и прямолинейные наружные поверхности с примыкающими к ним конструктивными элементами сложной конфигурации. Внутренние полсти этих отливок имеют значительное количество выступов и углублений. К пятой группе сложности относятся отливки особо сложной конфигурации наружных и внутренних поверхностей: станины станков, корпуса насосов, крыльчатки, фасонные цилиндры и др.
2. Внешние очертания и конструкция литой детали. Характер внешнего очертания и конструкция литой детали должны быть по возможности простыми, чтобы модель и форму для нее можно было изготовить с одним плоским разъемом; модель или части модели должны при формовке легко извлекаться из формы. Для проверки этого требования используется метод теневого рельефа: если на деталь или ее части (приливы, бобышки и т.п.) направить пучок параллельных лучей, перпендикулярных предполагаемой плоскости разъема, то отсутствие на чертеже теневых мест означает выполнение этого требования.
3. Внутренние полости и отверстия в отливке. Рекомендуется по возможности выполнять их без применения стержней за счет выступающих частей формы – «болванов»; в случае применения стержней конфигурация внутренних полостей должна быть наиболее простой; при наличии замкнутых полостей в отливке необходимо предусмотреть технологические отверстия для выхода знаковых частей стержня; отверстия в отливках, особенно с малым диаметром и большой глубиной, значительно осложняют технологический процесс, и они могут не выполняться, например, в стальной отливке, если их диаметры не превышают при массовом производстве 20, серийном 30 и единичном 50 мм.
4. Толщина стенок отливки. Толщина стенок назначается наименьшей, но обеспечивающей необходимую прочность детали, и в то же время достаточной для заполнения формы жидким металлом. Стенки отливки должны быть по возможности одинаковой толщины.
5. Сопряжение стенок. Чтобы исключить осыпание формовочной смеси в углах формы при извлечении модели, выполняют скругления при сопряжении стенок отливки. При сопряжении стенок одинаковой толщины t во всех случаях, когда позволяет конструкции литой детали, целесообразно применять максимальные радиусы скруглений R= (0,2…0,3)t [2, c.394] Найденные из приведенных соотношений радиусы округляют до ближайших стандартных размеров R=1,2,3,5,8,10,15,25,30,40 мм.
Стенки различных сечений рекомендуется соединить клиновидными переходными участками длиной L ≥ 5 (T - t), где T и t – толщины сопрягаемых стенок в мм.
6. Места скопления метала. У литых деталей в местах пересечений и сопряжений стенок, расположения выступов, приливов и бобышек, а также при утолщении стенок вследствие назначения припусков на механическую обработку образуются так называемые скопления жидкого металла, или горячие (термические) узлы. Для устранения их вредного влияния на качество отливки при ее изготовлении применяют принцип направленного затвердения, располагая отливку в форме таким образом, чтобы затвердевание началось в тонких местах, постепенно распространялось на более толстые и заканчивалось в прибылях, устанавливаемых на самых массивных местах; в ряде случаев для обеспечения равномерного или направленного затвердевания применяют внутренние или внешние холодильники.
7. Положение отливки в форме. Решение этого вопроса производится прежде всего с учетом требования равномерного и направленного затвердения металла. Необходимо учитывать, что положение отливки в форме должно обеспечивать удобство изготовления и сборки формы. Всю отливку рекомендуется располагать в одной опоке (нижней) во избежание перекосов и других дефектов. Положение отливки в форме должно обеспечивать применение минимального количества стержней, хорошую вентиляцию полости формы и спокойное заполнение ее расплавом, исключающее разрушение струей металла участков формы и стержней. От положения в форме зависит качество поверхностей отливки: нижние и боковые получаются более чистыми, а вернее преимущественно поражаются газовыми раковинами, формовочными и шлаковыми включениями. Поэтому обрабатываемые поверхности ответственного назначения желательно располагать в нижних и боковых частях формы.
8. Плоскость разъема модели и формы. Выбор разъема модели и формы зависит от размеров отливки, ее конфигурации и характера производства; при этом необходимо обеспечить удобство изготовления и сборки формы. Количество разъемов формы должно быть минимальным, а поверхности разъемов - плоскими; не рекомендуется пересекать плоскостью разъема ответственные обрабатываемые или базовые поверхности литой детали.
По уяснению вопросов технологичности конструкции детали далее выбирают способ формовки – ручной или машинной. Это зависит главным образом от характера производства: в единичном производстве применяется обычно ручная формовка, а в массовом – машинная. Следует иметь в виду, что ручная формовка, особенно в тяжелом машиностроении, в настоящее время оснащена большим количеством разнообразных механизмов для уплотнения формовочной смеси: пневматическими трамбовками, встряхивающими столами, пескометами и т.п. При извлечении моделей из форм также применяются различные подъемные устройства. Поэтому ручная формовка в чистом виде в единичном производстве почти не используется и при выборе следует иметь в виду степень этой механизации.
После выбора способа формовки определяют его разновидность, например, в опоках, безопочная, в почве, в кессоне, в стержнях и т.д. В рамках настоящей работы применяют, как правило, формовку и опоках. Затем выбирают составы формовочной и стержневой смесей для изготовления литейных форм и стержней. Этот выбор определяется материалом детали, ее весом и способом формовки. Форму делают из единой (одной) смеси или двух смесей: облицовочной и наполнительной. Облицовочной смесью обкладывают модель, а остальное пространство опоки заполняют дешевой наполнительной смесью. Стержневые смеси работают в более тяжелых условиях нежели формовочные и должны отвечать дополнительным требованиям по непригораемости к отливке, податливости, малой газотворной способности и легкости выбивки.
С учетом вида сплава, его массы, преобладающей толщины стенки отливки выбирают устройство литниковой системы и выпоров, составы формовочной и стержневой смесей.
Температуру заливки сплава, необходимость установки прибылей и их конфигурацию, выдержку отливки в форме до выбивки определяют по согласованию с руководителем работы.
В местах, подлежащих механической обработке, назначают припуски на механическую обработку.
