Производство заготовок. Литье. Серия учебных пособий. Книга 3. Проектирование и производство отливок (литых заготовок)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» Индустриально-педагогический колледж

А.С. КИЛОВ, А.В. ПОПОВ, В.А. НЕДЫХАЛОВ

ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК. ЛИТЬЕ

СЕРИЯ УЧЕБНЫХ ПОСОБИЙ

Книга 3

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК (ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК)

Рекомендовано Ученым советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам среднего и высшего профессионального образования по машиностроительным и механическим специальностям

Оренбург 2004

ББК 34.623 я73 К 39

УДК 621.7 (075.8)

Рецензент доктор технических наук, профессор В.М. Кушнаренко

Килов А.С., Попов А.В., Недыхалов В.А. К 39 Производство заготовок. Литье:

Серия учебных пособий. Книга 3. Проектирование и производство отливок (литых заготовок): - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. – 171с.

ISBN

В учебном пособии показаны возможности литейного производства рассмотрено проектирование и расчет заготовки с приведением необходимых справочных и стандартизированных данных, а в приложении приведен пример выполнения такой работы. Приведены сведения об охране труда и технике безопасности в литейном производстве.

Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплины «Технология конструкционных материалов», «Технология заготовительных производств», «Проектирование и производство заготовок», Ил. 67. Табл. 25. Библиогр. список 25 назв.

К	2704030000	ББК 34.623 я73
		© Килов А.С., 2004
	ISBN	© Попов А.В., 2004
		© Недыхалов В.А., 2004
		© ГОУ ОГУ, 2004

Предисловие

Любую машину (машину-двигатель, машину-преобразователь, машинуорудие) собирают из деталей (элементарных частей), изготовленных без применения сборочных операций и приспособлений. Надежность и долговечность машины зависит от качества деталей, из которых она собрана. Качество детали в основном определяется заготовкой, которую получают тем или иным методом: литьем; сваркой; обработкой резанием или обработкой давлением: ковкой, объемной или листовой штамповкой).

В современном машиностроении детали (заготовки) делают из металлов и сплавов, а также из неметаллических (пластмасс, резины, древесины, керамики)

ипорошковых материалов.

Кзаготовкам, независимо от метода и способа их получения, предъявляются следующие требования:

- поверхности, используемые как базовые на первой операции обработки, должны быть чистыми без заусенцев и других дефектов, чтобы избежать значительных погрешностей установки при дальнейшей обработке или сборке; - механические и физические свойства материала заготовки, его химический состав, структура и зернистость должны быть стабильными по

всему объему; - все поверхности заготовки не должны иметь механических

повреждений, в противном случае возможен выпуск некачественных деталей;

- геометрические размеры заготовок должны приближаться	к
геометрическим размерам готовой детали;

-коэффициент использования материала должен быть максимальным, а трудоемкость дальнейшей обработки - минимальной, но при этом должно быть обеспечено получение качественной детали (по размерам и шероховатости поверхности) в соответствии с чертежом после механической обработки на металлорежущих станках;

-все внутренние напряжения должны быть сняты за счет применения термообработки.

Каждый из указанных методов представляет самостоятельную отрасль машиностроения и описан в специальной литературе, но, в тоже время, отсутствуют обобщенные сведения по производству заготовок различными методами и способами, что вызывает затруднения при выполнении студентами курсовых и дипломных проектов.

В связи с этим по инициативе авторов разрабатывается и издается серия учебных пособий, которая признана способствовать лучшему обеспечению студентов учебно-методической литературой.

В серии книг «ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК» рассмотрены такие вопросы, как получение штампованных и литых заготовок, комбинированные сварные заготовки и листовая штамповка, спеченные формовки из порошковых материалов, композитные и пластмассовые заготовки.

Введение

Методы формообразования при производстве деталей машин подразделены на четыре вида:

-литейное производство;

-обработка давлением;

-сварка;

-обработка резанием.

Особенности технологических методов производства заготовок влияют на конструкцию, кинематические и прочностные данные отдельных деталей и механизмов. Вариантность любого технологического процесса определяется многими факторами (назначением детали, размерами, массой, количеством деталей, материалом и их строением).

Литейное производство (ЛП)—отрасль машиностроения, изготовляющая заготовки или детали (отливки) и это технологический процесс изготовления фасонных деталей или заготовок заливкой расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки или детали. При охлаждении после затвердевания залитый металл сохраняет конфигурацию полости формы. Отливки могут быть деталями или заготовками, которые в дальнейшем подвергаются обработке.

Литейное производство позволяет получать разнообразные по конфигурации и свойствам фасонные отливки из чугуна, стали и из сплавов цветных металлов. Высокие механические и эксплуатационные свойства отливок обуславливают их широкое применение в различных отраслях промышленности. Литьем изготовляют отливки, как простой, так и сложной формы, которые нельзя получить другими технологическими методами. Например, корпусные детали приборов и машин чаще всего изготовляют литьем. Важной задачей литейного производства является получение отливок, по форме и размерам приближающихся к готовой детали, что существенно сокращает обработку резанием.

Получение заготовок начинают с разработки технологии, решив вопрос о возможности выполнения заказа, с учетом таких характеристик как масса, габаритные размеры и серийность отливки, а также - материал литой заготовки и возможность обеспечения требуемой точности от назначения литой детали.

1 Основные сведения о литейном производстве

1.1 Типы литейного производства

Литейное производство разделяют на три основных типа: массовое, серийное и единичное.

Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском отливок ограниченной номенклатуры большими партиями. Примером могут служить литейные цехи автомобильных, тракторных и других подобных предприятий. Массовое производство позволяет механизировать и автоматизировать технологический процесс в целом и организовать его более экономично.

Серийное производство характеризуется определенной периодичностью выпуска отливок ограниченной или широкой номенклатуры партиями (сериями). Примером является выпуск литых заготовок станкостроительными заводами. При серийном производстве можно выделить сходные группы отливок по габаритным размерам и массе, а также механизировать и автоматизировать отдельные операции. Эти условия являются наиболее благоприятными для внедрения передовой технологии при изготовлении определенной группы отливок.

Единичное производство характеризуется выпуском разнообразных отливок в небольших количествах, а иногда отдельных сложных литых деталей для опытных образцов станков, приборов, машин. В единичном производстве значительный процент технологических операций выполняют вручную, так как различная номенклатура выпускаемых отливок не позволяет механизировать их производство. Примером единичного производства может служить выпуск уникальных корпусов турбин, станин, деталей экскаваторов, мощных прессов и других машин.

Основным производственным подразделением предприятия является цех, в котором изготовляется продукция (или часть ее) или выполняется определенная стадия производства. В машиностроении цехи, как правило, подразделяют на основные, вспомогательные и побочные.

Задачей основных цехов является изготовление основной продукции,

предназначенной для реализации. Основные цехи машиностроительных заводов делят на заготовительные (литейные (чугунолитейный, сталелитейный, цех литья под давлением), кузнечный или кузнечно-прессовый, термический и др.), механические и сборочные.

1.2 Принципы конструирования деталей из литых заготовок

Конструкция отливки должна отвечать служебным требованиям детали, технологии ее изготовления, технологии механической обработки и эстетическим требованиям. Внешние контуры литой детали должны представлять собой сочетание простых и прямолинейных контуров, сочленяемых плавными криволинейными переходами. Необходимо стремиться к уменьшению габаритных размеров и особенно высоты детали, устранению выступающих частей, больших тонких ребер, глубоких впадин и поднутрений, затрудняющих изготовление литейной формы.

Внутренние полости литых деталей следует конструировать открытыми, без поднутрений, что позволит изготовить отливку без применения стержней. Если при изготовлении отливки обойтись без стержней невозможно, то при конструировании литой детали необходимо предусматривать отверстия и окна максимальных размеров в достаточном числе для обеспечения устойчивости стержней в литейной форме, точности их установки, легкого удаления стержней и каркасов из отливки при ее очистке.

Стенка литой детали объединяет все ее рабочие элементы (гнезда подшипников, фланцы, поверхности скольжения и качения и др.), придает в значительной степени требуемую конфигурацию, жесткость и прочность. Выбор минимально допустимой толщины стенки отливки определяют размеры и сложность отливки, а также литейные свойства сплава,

Характерной особенностью многих отливок является сочетание массивных направляющих с относительно тонкими стенками, применение ребер жесткости и разветвленных внутренних полостей, разделенных перегородками. Для предупреждения возникновения усадочных раковин и трещин в отливках должны быть правильно выполнены переходы от одного сечения к другому (рисунок 1).

а) – при отношении А/а < 1,75; б) - при отношении А/а > 1,75

Рисунок 1 - Рекомендуемые переходы от массивных к тонким сечениям отливок при различных их отношениях

Ребра жесткости создают местные скопления металла, вызывающие образование усадочных раковин и трещин. Для устранения этого дефекта необходимо Х - образные сечения заменять Т - образными, а соединения ребер со стенками отливки располагать под прямым углом. При пересечении в одной точке нескольких ребер рекомендуется делать кольцевое ребро и присоединять к нему радиальные ребра на достаточном расстоянии друг от друга. Толщина ребер обычно составляет 0,8 толщины стенки отливки.

Для предупреждения образования усадочных раковин в массивных отливках, из сплавов имеющих повышенную усадку при конструировании должен быть применен принцип направленного или одновременного затвердевания. При направленном затвердевании толщина стенки отливки плавно увеличивается снизу вверх. Кристаллизация металла происходит от тонких сечений отливки, расположенных в нижней части формы, к более

массивным сечениям, располагающимся в верхней части формы. При одновременном твердении сечения отливок имеют одинаковую толщину, как в нижней, так и в верхней части детали.

Иногда бывает целесообразным крупные и сложные литые конструкции разделить на более простые элементы или детали с последующим соединением их между собой сваркой, болтовыми соединениями и другими способами. При этом рекомендуется упрощать наиболее сложные и крупные детали и усложнять наиболее простые из стыкуемых деталей. Выступающие части корпусных деталей делают съемными. Для повышения жесткости, уменьшения массы и сокращения объема механической обработки объединяют несколько простых деталей в одну. Конструкция литой детали должна обеспечивать возможность получения ее габаритных размеров, сечений и массы с заданной точностью. Для этого необходимо предусматривать конструктивные уклоны на необрабатываемых поверхностях.

Отдельные бобышки и приливы необходимо объединять в один общий прилив и доводить его до плоскости разъема или основания. Для облегчения пригонки сопрягаемых деталей в ее конструкции предусматривают пояски, отбортовку и т. п., что позволяет компенсировать допустимые отклонения в размерах отливки.

1.2.1 Технологическая характеристика отливок

Существует несколько принципов классификации отливок, в том числе, по методу формовки и по видам форм, по условиям приемки и по классам точности, по марке материала, из которого они изготовлены и т.д.

Среди отливок до 80 % по массе занимают детали, изготовляемые литьем в песчаные формы. Метод является универсальным применительно к литейным материалам, а также к массе и габаритам отливок. Специальные способы литья значительно повышают стоимость отливок, но позволяют получать отливки повышенного качества с минимальным объемом механической обработки.

Характеристика отливок, получаемых различными методами, приведена в таблице 1.

по шаблону	До 100
в крупных опоках				Отливки в виде тел вращения (зубчатые
		Сталь,
в съемных опоках	До 35
со стержнями из бы-		серый,		Станины ГМК, болтовысадочных
стротвердеющей		ковкий и
смеси		высоко		автоматов, ножниц; позволяет
		прочный		уменьшить припуски на 25—30 % и
	До 25	чугун,
		цветные
в почве с верхней		металлы		Шаботы, станины, цилиндры;
опокой с облицо		и сплавы		позволяет снизить трудоемкость
вочным слоем из				изготовления заготовки и
в стержнях	До 2
				Отливки со сложной ребристой
в почве открытая	До 0,15
в мелких и средних	До 0.1
опоках
	До 2			Бабки, суппорты, корпуса
Машинная				небольших станин
в мелких и средних	До 0,1			Шестерни, подшипники, муфты,
опоках				маховики: позволяет получать от-
				ливки повышенной точности с низ
				кой шероховатостью поверхности
Литье в оболоч	До 0,15			Ответственные фасонные отливки в
ковые формы:		Сталь,		крупносерийном и массовом
песчано-смоляные				производстве
химически твердею-	До 0,2	чугун и		Ответственные фасонные мелкие и
щие тонкостенные		цветные		средние отливки
(10-20 мм)		сплавы

Продолжение таблицы 1

	1	2	3		4
химически твердею-		До 40			Большие отливки (станины
щие толстостенные					штамповочных молотов, подушки
(от 50 до 150 мм)					прокатного стана)
жидкостекольные					Точные отливки с низкой
оболочковые		До 0,1 Стали хроми-			шероховатостью поверхности в
					серийном производстве
		стые, кобальтовые,
		Высоколегированные			Лопатки турбин, клапаны, дюзы,
	выплавляемым	стали и сплавы (за			шестерни, режущий инструмент,
	моделям	исключением щелоч-			детали приборов. Керамические
		ных металлов реаги-			стержни позволяют изготовлять
по		рующих с кремнезе-
		мом облицовки)			отливки толщиной 0,3 мм и
Литье		До 0.15			отверстия диаметром до 2 мм
	растворяемым	До 0,15	Титан,		Лопатки турбин, детали приборов.
	моделям		жаропроч		Солевые модели снижают
			ные		шероховатость поверхности
	Замораживае-	До 0.14			Тонкостенные отливки
			стали
	мым моделям				(минимальная толщина стенки 0.8
					мм, диаметр отверстия до 1 мм)
	Газифицируе	До 15.	Любые		Мелкие и средние отливки -
	мым моделям		сплавы		рычаги, втулки, цилиндры, корпуса
		Многократные		формы
Гипсовые		0,1		Сталь,
песчано-цементные		70
				чугун,
кирпичные		200
				цветные
шамотно-кварцевые		100			Крупные и средние отливки в
				металлы
глинистые		50
				и	серийном производстве
графитовые		0,014
				сплавы
каменные		0,03
металлокерамичес-		0,025
кие и керамические
Литье в кокиль:
с горизонтальной,		7 (чугун),		Сталь,	Фасонные отливки в
вертикальной и ком		4 (сталь),		чугун,	крупносерийном и массовом
бинированной плос-		0,5(цветные		металлы	производстве (поршни, корпуса,
костью разъема		и сплавы			диски, коробки подач, салазки)