Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация

отверстиями, обеспечивающими отвод газов в знаковые части (рис.2-3).

В связи с высоким рельефом и большой поверхностной площадью модели ее

протяжка затруднена. При протяжке наблюдались обрывы формовочной смеси в

межреберном пространстве и массовые засоры полости формы. Так как формовка

осуществляется ручным способом, то в результате интенсивного расталкивания

происходит износ и разрушение модели. Для снижения износа модели и

улучшения качества формовки применили протяжной шаблон и специальное

подъемное резьбовое приспособление для извлечения модели из формы (рис.2-

4).

[pic]

Рис.2-3. Форма в сборе

1. Полуформа верха,

2. Полуформа низа,

3. Наращалка,

4. Штырь центрирующий,

5. Штырь направляющий,

6. Струбцина,

7. Полость формы,

8. Стержень,

9. Арматура,

10. Пенополистироловые вкладыши,

11. Газоотводные наколы,

12. Стояк,

13. Питатель,

14. Шлакоуловитель,

15. Выпор.

[pic]

Рис.2-4. Устройство для протяжки модели:

1. Опока низа;

2. Модель;

3. Шаблон;

4. Устройство протяжки.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОТЛИВКИ В ФОРМЕ ПРИ ЗАЛИВКЕ

При определении положения отливки в форме нужно руководствоваться

несколькими правилами, подтвержденными многолетней практикой [29].

1. Наиболее ответственные рабочие части, плоские поверхности большой

протяженности, места, подлежащие механической обработке, нужно, по

возможности, располагать внизу; в крайнем случае - вертикально или

наклонно. При вынужденном расположении обрабатываемых поверхностей

вверху нужно обеспечить такие условия, при которых песчаные и газовые

раковины могли бы образоваться только в удаляемых при обработке частях

отливки.

2. Формы для отливок, имеющих конфигурацию тел вращения (гильзы,

барабаны, шпиндели и др.) с обрабатываемыми наружными и внутренними

поверхностями, лучше заливать в вертикальном положении или

центробежным способом. Иногда целесообразно формовку выполнять в одном

положении, а заливать форму в другом.

3. Для отливок, имеющих внутренние полости, образуемые стержнями,

выбранное положение должно обеспечивать возможность проверки размеров

полости формы при сборке, а также надежное крепление стержней.

4. Для предупреждения недоливов тонкие стенки отливки следует располагать

в нижней части полуформы, желательно вертикально или наклонно, причем

путь прохождения металла от литниковой системы до тонких стенок должен

быть кратчайший.

5. Отливки из сплавов с большой усадкой располагать в положении, удобном

для питания их металлом верхних или боковых отводных прибылей.

6. Формы для станин, плит и других отливок с большим числом ребер должны

быть при заливке расположены так, чтобы имелась возможность направить

металл вдоль стержней и выступов формы.

Важным является определение оптимального числа отливок в форме. В

условия единичного и мелкосерийного производства отливок в песчаных формах

желательно в форме размещать одну отливку.

Выбор поверхности разъема формы подчинен выбору положения формы при

заливке. При определении поверхности разъема формы необходимо

руководствоваться следующими положениями:

. форма и модель, по возможности, должны иметь одну поверхность разъема,

желательно плоскую горизонтальную, удобную для изготовления и сборки

формы;

. модель должна свободно извлекаться из формы;

. всю отливку, если позволяет её конструкция, нужно располагать в одной

(преимущественно в нижней) полуформе в целях исключения перекоса;

. при формовке в парных опоках следует стремиться к тому, чтобы общая

высота формы была минимальной.

Для повышения технологичности получения данной отливки разъем

выбирается по диагонали фланца (см. рис.2-2). Плоскость разъема модели

совпадает с плоскостью разъема формы, отливка симметрично располагается в

верхней и нижней полуформах (рис.2-2).

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЧАСТКОВ ПОВЕРХНОСТИ ОТЛИВКИ, ВЫПОЛНЯЕМЫХ СТЕРЖНЯМИ

Предварительно необходимо определить возможность выполнения отверстий в

процессе получения отливки и тех частей отливки, которые не могут быть

получены с помощью модели. Число стержней, служащих для оформления полости

отливки, её отдельных элементов и элементов литниковой системы, определяю с

учетом серийности выпуска отливок. В единичном и мелкосерийном производстве

целесообразно получать отливки с использованием минимального числа стержней

или вовсе без них [29].

При определении участков поверхности отливки, выполняемых стержнями,

нужно руководствоваться следующими правилами.

1. Обеспечивать минимальные затраты на изготовление стержневых ящиков.

2. Обеспечивать удобную установку стержней в форму и контроль всех

размеров полостей в ней.

3. Газоотводные каналы стержней должны иметь выходы в знаках, они должны

быть размещены так, чтобы исключить попадание в них жидкого металла.

4. Опорные поверхности стержней должны быть достаточными, чтобы исключить

деформацию стержня под действием силы тяжести.

Точность фиксации стержня в форме обеспечивается размерами и

конфигурацией его знаковых частей, которые назначают по ГОСТ 3212-92 с

учетом размеров стержня, способа формовки и его положения в форме (рис.2-

2).

В данной отливке имеется одна внутренняя полость (сквозное отверстие)

формируемое одним горизонтальным протяженным стержнем. Стержень армирован.

Арматура служит каналами для отвода газов в знаковые части (рис.2-2).

5 ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛЬНОГО КОМПЛЕКТА

Основные виды оснастки, применяемые при изготовлении литейных форм из

песчано-глинистых смесей, - модели и стержневые ящики, которые

классифицируются по следующим признакам:

. виду материала - деревянные, металлические, деревометаллические,

гипсовые, цементные, пластмассовые, пенополистироловые;

. способу изготовления форм и стержней - для ручной и машинной формовки;

. компоновке элементов - разъемные и неразъемные модели;

. сложности - простые, средней сложности и сложные;

. размерам модели:

а

б

Рис.2-5. а) модель верха,

б) модель верха и низа в сборе.

. для ручной формовки - мелкие (до 500 мм), средние (500-

5000 мм), крупные (более 5000 мм);

. для машинной формовки - мелкие (до 150 мм), средние (150-

500 мм), крупные (более 500 мм);

. конструктивному исполнению - объемные , пустотелые, скелетные модели и

шаблоны;

. точности изготовления - модельные комплекты (сколько классов

точности);

. прочности - модели 1, 2 и 3 класса прочности.

Так как производство данной отливки единичное то модель и стержневой

ящик изготавливаются из дерева (основа - сосна, ребра и фланцы - береза,

стержневой ящик полностью сосна).

По способу формовки модель и ящик относятся к ручной формовке.

Рис.2-6. Стержневой ящик

Модель разъемная (рис.2-5), стержневой ящик также разъемный (рис.2-6).

По сложности модель относится к группе сложных, стержневой ящик к

группе средних.

По размерам модель для ручной формовки относится к группе средних.

По конструктивному исполнению - объемная.

Класс точности модельного комплекта - 5 ГОСТ 3212-85.

Класс прочности модельного комплекта - 2.

6 КОНСТРУКЦИЯ И РАЗМЕРЫ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКТОВ

Для определения конструктивных размеров модельных комплектов в первую

очередь необходимо установить припуски на механическую обработку, припуски

на усадку и формовочные уклоны.

Припуски на механическую обработку назначают по ГОСТ 26645-85. Этот

ГОСТ распространяется на отливки из черных и цветных металлов и сплавов и

регламентирует допуски на размеры, массу и припуски на механическую

обработку.

Данная отливка получается литьем в песчано-глинистые сырые формы и

обозначается по ГОСТ 26645-85:

точность отливки 9-7-5-4;

масса отливки 34-04-0-34.4.

Припуски на механическую обработку представлены на рис.2-2.

Припуски на литейную усадку обычно определяют в зависимости от вида

сплава, массы и размеров отливки.

При разработке технологии изготовления сложных отливок можно

использовать значение линейной усадки сплавов по спиральной пробе, %.

Материал данной отливки серый чугун следовательно усадка составляет 1 %.

Формовочные уклоны модельных комплектов в песчаных формах

регламентирует ГОСТ 3212-92. При применении песчано-глинистых смесей уклоны

назначают в зависимости от диаметра или минимальной ширины углубления и

высоты формообразующей поверхности. В зависимости от требований,

предъявляемых к поверхности отливки, формовочные уклоны следует выполнять:

на обрабатываемых поверхностях отливки сверх припуска на механическую

обработку за счет увеличения размеров отливки;

на необрабатываемых поверхностях отливки, несопрягаемые по контуру с

другими деталями, за счет увеличения и уменьшения размеров отливки;

на необрабатываемых поверхностях отливки, сопрягаемых по контуру с

другими деталями, за счет увеличения или уменьшения размеров отливки в

зависимости от поверхности сопряжения.

Для данной отливки на обрабатываемых поверхностях уклоны выполнены

поверх припуска на механическую обработку за счет увеличения размеров

отливки. На необрабатываемых поверхностях отливки уклоны выполняются также

за счет увеличения размеров отливки.

7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И КОНСТРУКЦИИ ОПОК

При выборе размеров опок следует учитывать, что использование чрезмерно

больших опок влечет за собой увеличение затрат труда на уплотнение

формовочной смеси, нецелесообразный расход смеси, а использование очень

маленьких опок может вызвать брак отливок вследствии продавливания металлом

низа формы, ухода металла по разъему и.т.п.

Для изготовления данной отливки сконструированы и изготовлены ручные

сварные опоки следующих размеров: длина - 1000 мм, ширина - 250 мм, высота

- 200 мм. Для уменьшения расхода смеси и обеспечения необходимого

гидростатического напора металла применяются наращалки высотой 100 мм.

8 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

Литниково-питающая система - это система каналов для подвода жидкого

металла в полость литейной формы, отделения неметаллических включений и

обеспечения подпитки отливки при затвердевании [29].

Литниковую систему подводим по разъему формы. Условия заполнения формы

металлом за определенное время (опт.

[pic],

(2-1)

где k - поправочный коэффициент (1.8(2.0);

( - средняя или преобладающая толщина отливки, мм;

G - масса отливки, кг;

[pic] сек.

Литниковая система сужающаяся. Площадь сечения в самом узком месте =

площади питателя.

[pic]

(2-2)

где ( - коэффициент заполнения, ( = 0.5;

Hср - расчетный напор, см;

( - плотность отливки, ( = 7700 кг/м3;

g - ускорение свободного падения g = 9.8 м/с2;

[pic],

(2-3)

где Hст = hоп+hнар = 85+45 = 130 мм;

hо - высота отливки в верхней полуформе 59 мм;

[pic] мм = 12.26 см.

[pic] см2.

Расчет стояка и шлакоуловителя производим из соотношения:

Fп:Fш:Fст = 1:1.1:1.5

соответственно сечения будут

Fп = 5 см2

Fш = 5.5 см2

Fст = 7.5 см2

т.к. питание отливки мы производим 2 питателями следовательно Fп = 2.5

см2.

Окончательно принимаем площади сечений и по таблицам находим

геометрические размеры:

Fп = 5 см2; а = 16 мм; в = 13 мм; h = 16мм;

Fш = 5.5 см2; а = 24 мм; в = 20 мм; h = 26мм;

Fст = 7.5 см2; dст = 30.9 мм

Для заливки металла используют нормализованные воронки (рис.2-7),

размеры которых выбирают в зависимости от диаметра стояка и с учетом

обеспечения нормальной заливки формы.

[pic]

Dв = 30.9(3 = 90 мм.

Hв = 90 мм.

Рис.2-7.

т.к. данная отливка делается из чугуна, а прибыли на чугунные отливки

не ставятся (т.к. у чугуна усадка самая минимальная), значит я прибыли на

данную отливку не проектирую.

9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВА ПРИ ЗАЛИВКЕ В ФОРМУ

Для обеспечения хорошей заполняемости формы и получения качественных

отливок необходимо выдерживать определенную температуру заливаемого

расплава, которую выбирают в зависимости от вида сплава и характера отливки

[29].

Температура металла необходимая для заливки форм при получении данной

отливки составляет при выпуске и индукционной печи 1410 (С - 1420 (С, при

заливке в форму 1330 (С.

10 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТЛИВОК В ФОРМЕ

Регламентирование времени охлаждения отливок в формах диктуется

необходимостью обеспечения полного затвердевания расплава, исключения

образования некоторых усадочных дефектов, получения требуемой структуры

металла отливок. Последнее весьма важно для чугунов, структура которых в

большой степени зависит от скорости кристаллизации.

Расчет времени затвердевания отливки в форме произведен с помощью

программы FOUNDRY (автор Дубовой В.В.)

Исходные данные формы:

Tф (°C) = 20

bф (ккал) = 17

Исходные данные материала:

C1 (ккал/кг) = 0.120

C1’(ккал/кг) = 0.200

Y1 (кг/м3) = 7000

p1 (ккал/кг) = 64

Tзал (°C) = 1420

Tлик (°C) = 1200

Tсол (°C) = 1150

Tкр (°C) = Ѕ Tлик+Tсол = 1175

Толщина стенки отливки (мм) (=20

Расчет ведем базируясь на [29].

Время отвода теплоты перегрева [33]:

[pic],

(2-3)

где [pic] мм

t2 = 1.18 мин.

Время затвердевания отливки [33]:

[pic] ,

(2-4)

t3 = 2.97 мин.

Средняя скорость затвердевания отливки [33]:

[pic] мм/мин,

(2-5)

Время охлаждения отливки [33]:

[pic] ,

(2-6)

t4 = 13.92 мин.

Общее время отливки в форме [33]:

tв = t1 + t2 + t3 + t4 = 18.07 мин.

Однако по эмпирической формуле [pic] [29] ,

где К - коэффициент, зависящий от конфигурации отливки и толщины ее

стенки;

G - масса отливки, т.,

время выдержки составляет 4.97 ч., что более соответствует реальности,

следовательно расчеты приведенные в [33] неверны.

11 ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ

При производстве данной отливки для изготовления

форм и стержней использовались смеси следующего состава и следующими

свойствами (таблицы 2-1,2-2) [37,29].

Таблица 2-1

Формовочная смесь для фомовки по сырому (способ формовки ручная)

|Массовая доля |Характеристика смеси |Характеристики |

|компонентов в смеси, % | |получаемых отливок |

|облицовочно|единой | | | | | | | |

|й | | | | | | | | |

|Обо|Св|Кам|Обо|Св|Кам|Содержа|Зерно|Влажно|Газопр|Прочно|Масс|Толщин|

|рот|еж|енн|рот|еж|енн|ние |вая |сть, %|оницае|сть на|а, |а |

|ная|ие|оуг|ная|ие|оуг|глинист|групп| |мость,|сжатие|кг |стенки|

|сме|ма|оль|сме|ма|оль|ой |а | |единиц|во | |, мм |

|сь |те|ный|сь |те|ный|составл|песка| |ы |влажно| | |

| |ри|пор| |ри|пор|яющей, | | | |м | | |

| |ал|ошо| |ал|ошо|% | | | |состоя| | |

| |ы |к | |ы |к | | | | |нии, | | |

| | | | | | | | | | |кПа | | |

|75-|22|3-4|94.|5-|0.7|7-10 |016А |4.0-5.|40-60 |29-49 |20-2|1, то V = V(.

Отсюда пространство, занятое потоком жидкости, можно назвать областью

просачивания.

Очевидно, что линией движения потока жидкости будет называться такая

линия, касательная в каждой точке которой совпадает с вектором скорости

просачивания в этой точке.

Известно, что скорость потока жидкости V зависит от избыточного

давления Р [24], действующего на стенки чугуна, от его внутреннего

сопротивления движению жидкости G и от вязкости самой жидкости (, т.е.

[pic]

(6-18)

Внутреннее сопротивление материала G движению через него жидкости или

газов по существу является герметичностью этого материала.

Приравнивая правые части (6-16) и (6-18) и решая их относительно G,

получим математическое выражение для герметичности чугуна и для других

материалов:

[pic]

(6-19)

Из приведенного уравнения (6-19) следует, что герметичность есть такое

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6