2. Разработка технологического процесса изготовления отливки в разовой форме для деталей машин лесного комплекса

Сложные и фасонные заготовки можно получить путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки. При охлаждении металл затвердевает и образует отливку.

2.1 Чертеж детали.

Конструкция и размеры деталей показаны на чертеже 1. Заданная деталь маховик автомобиля ГАЗ-53А представляет собой плоскую цилиндрическую деталь со ступенчатым центральным отверстием и боковой торцевой выточкой.

Обрабатываемые поверхности указаны на чертеже знаком обработки V. О том, что остальные не обрабатываются, указывает знак V (V) в правом верхнем углу чертежа 1.

2.2 Разработка чертежа отливки.

Основой для разработки чертежа отливки является чертеж детали. Разработку необходимо начинать с анализа технологичности отливки, требований к наиболее ответственным её частям.

2.2.1 Выбор плоскости разъема отливки.

Технологичность получения отливки определяется правильностью выбора плоскости разъема модели формы. Разъем литейной формы целесообразно совмещать с разъемом модели. При это следует учесть удобство формовки и извлечения модели из формы. Наиболее ответственные поверхности отливки целесообразно располагать в нижней части формы или вертикально, так как в верхней части формы скапливаются газы, неметаллические включения, что способствует снижению качества отливки – появлению газовых раковин, шлаковых включений. Исходя их конструкции детали, отливку следует располагать в одной нижней опоке. На чертеже отливки разъем будущей модели показывают отрезком штрихпунктирной линией, заканчивающейся знаком ХХ, а направление разъема – сплошной основной линией со стрелками, положение отливки в форме при заливке буквами В(верх) и Н (низ).

2.2.2 Определение припусков на механическую обработку

Припуски – дополнительный слой металла (на сторону), который удаляют в процессе механической обработки отливки, чтобы обеспечить точность и высокое качество поверхности детали. Припуски на механическую обработку назначаются с учетом коробления отливки, а также неточности её изготовления.

Величина припусков для отливок из серого чугуна составляет для заданной детали от 3,5 до 4,5 мм. Припуски выбираются для ІІ класса точности отливок и зависят от габаритного размера и положения обрабатываемой поверхности при заливке горячим металлом. Припуски указаны на чертеже 2 тонкими линиями.

2.2.3 Определение минимальной допустимой толщины стенки отливки

Для получения качественной отливки необходимо, чтобы жидкий металл имел хорошую способность заполнения форм. Для этого минимальная конструктивная толщина стенки отливки должна быть больше или равна минимальной допустимой толщины стенки отливки, которая при литье в песочную форму зависит от заливаемого металла или параметра N,учитывающего габаритные размеры отливки. ПараметрN,м, по формуле (2.1), проведем расчет величиныN:

, (2.1)

Где l– наибольший габаритный размер отливки,l=0,355 м;

bиh– соответственно ширина и высота отливки,b=0,355м,h=0,042 м.

Зная параметр N=0,369м, по таблице 4.4 [22] определяем минимальная допустимая толщина стенки отливки из чугуна –= 4 мм; по чертежу 2 определяется минимальная конструктивная величина толщины стенки отливки –=7,5 мм. Наполняемость формы в этом случает будет допустимая.

2.2.4 Определение радиусов галтелей и закруглений модели

Сопряжение стенок отливки, так же как и модели, должны быть плавными, т.е.скругленными. Скругления внутренних углов называют галтелями, наружных – закруглениями. Галтели и закругления облегчают удаление модули из формы, уменьшают возможность появления трещин и усадочных раковин в отливках.

Величину радиуса галтели (закругления) по формуле(2.2), проведем расчет величины R:

(2.2)

Где и – толщина сопрягаемых стенок отливки ,мм

‍‍,принимаем ;

,принимаем ;

,принимаем ;

,принимаем ;

,принимаем;

,принимаем ;

,принимаем ;

,принимаем ;

,принимаем ;

,принимаем ;

,принимаем ;

,принимаем ;

,принимаем .

2.2.5 Определение формовочных уклонов

Формовочные уклоны назначают в тех случаях, когда деталь не имеет

конструктивных уклонов, обеспечивающих свободное извлечение модели из формы. Величина минимальных уклонов моделей и стержневых ящиков зависит от высоты поверхности и определяется по таблице 4.5 [2.2].

Для наружной поверхности β=3° при при L=14,4мм, 15мм,7,5мм и для внутренней поверхности β=3◦ при L=15мм,10мм,9мм.

2.3 Разработка чертежа стержня

Стержень–приспособление, изготовленное из стержневой смеси и служит для получения отверстий и внутренней полости в отливке. Размеры стержня определяются по размерам внутренней полости отливки с учетом величины линейной усадки заливаемого металла. Величина линейной усадки для чугуна от 0,8 до 1,2%,принимаем 1%.

К основным элементам конструкции литейного стержня относятся стержневые знаки, которые служат для установки стержня форме, обеспечивают его устойчивость и точную фиксацию положения в форме. Высота нижнего стержневого знака 30мм, верхнего – 20мм.

Формы знаковых частей стержня, их размеры назначаются с учетом размера стержня и его положения в форме по ГОСТ 3606–80. Формовочные уклоны на знаковых частях стержня принимают в пределах от 6 до 10°.

Конструкция и размеры стержня указаны на чертеже 3.

2.4 Разработка чертежа модели

Модель – это приспособление, с помощью которой получают полость в форме с размерами, близкими к размерам отливки.

При разработке чертежа модели за основу принимают форму и размеры отливки и увеличивают на величину литейной усадки. Модель имеет стержневые знаки, которые служат для получения в формовочной смеси полости, в которые укладываются и центрируются стержни.

Конструкция и размеры модели показана на чертеже 4. Величина литейной усадки d=1%.

2.5 Разработка чертежа литейной формы в сборе

Для разработки литейной формы необходимо определить место расположения модели, литниковой системы и допустимые расстояния между элементами. Указанные размеры зависят от массы отливки.

2.5.1 Определение массы отливки

Масса отливки определяется по формуле (2.3), проведем расчет величины Q:

, (2.3)

Где –плотность металла, для чугуна=7150кг/м

V–объем отливки, мм.

2.5.2 Определение размеров опок

Прежде чем выбрать размеры опок, следует определить место расположения

литниковой системы и по таблице принять расстояния между элементами модели, литниковой системы и стенками опок. Полученные размеры опок округляют и из таблицы 4.9 выбирают внутренние размеры опок.

Допустимые расстояния между моделями и элементами формы:

–От верха модели до верха опоки–60мм;

–От низа модели до низа опоки–60мм;

–От модели до стенки опоки–от кромки стояка до стенки опоки–50мм;

–От кромки шлакоуловителя до кромки модели–30 мм.

Размеры опок:

–Длинна нижней опок принимаемL=500мм;

–Длинна верхних опок принимаемB=450мм;

–Высота нижней опоки принимаемH=150мм;

–Высота верхней опоки принимаем=125мм.

2.5.3 Расчет элементов литниковой системы

Литниковая система – это система каналов, предназначенная для подвода расплавленного металла и полость литейной формы и пита­ния отливки при затвердевании.

Литниковая чаша предназначена для приема жидкого металла из ковша и удержания шлака, попавшего вместе с металлом в чашу.

Литниковая воронка представляет собой расширение верхней части стояка и

предназначена для приема жидкого металла.

Литниковый стояк – вертикальный канал для подачи жидкого металла из чаши к другим элементам системы. Стояк выполняют в верхней полуформе с конусностью до5º.

Шлакоуловитель служит для распределения металла из стояка по питателям и

улавливания шлаков, движущихся вместе с жидким металлом. Он имеет

трапецеидальную форму и расположен в верх­ней полуформе. Питатель – это литниковый канал предназначен для подвода жидкого металла в полость формы. Питатель выполняют по разъему в нижней полуформе.

Выпор предназначен для выхода газов из полости формы, пита­ния отливки при затвердевании и облегчения контроля заполнения формы. Количество выпоров зависит от размеров и конфигурации отливки, а устанавливают их в самых высоких точках верхней полуформы.

Литниковая система оказывает существенное влияние на каче­ство отливки и расход металла.

Вначале рассчитывается наиболее узкое сечение литниковой системы. Для сужающей системы, наиболее часто используемой при литье в песчаные формы, узким сечением является питатель, сум­марная площадь которого определяется по эмпирической формуле (2.4), проведем расчет величины F:

(2.4)

Где –коэффициент расхода металла (для чугунного литья равен 0,27…0,55).Принимаем=0,4;

g–ускорении свободного падения(g=9,83 м/с);

–продолжительность заливки, которая определяется по формуле (2.5), проведем расчет величины :

(2.5)

Где –коэффициент, учитывающий толщину стенки отливки,=2,2

Расчетный напор зависит от размеров отливки и расположения верхней опоки, по формуле (2.6), проведем расчет величины :

(2.6)

где Н_ст – максимальный напор, Н_ст=75мм (высота верхней опоки);

h_b – высота над уровнем питателей, h_b=106мм;

h_o – полная высота отливки, h_o=0мм.

.

Площади остальных элементов литниковой системы определяются из следующих соотношений.

Для чугунных отливок: F_ст: F_шл: F_пит = 1,15:1,1:1,0.

Литниковая чаша правильной формы тормозит металл по пути в форму, успокаивает потоки, улавливает шлаки и содействует выделению газов из металла в момент заливки. Внутренние размеры чаши устанавливаются из следующих соотношений. По формуле (2.7) проведем расчет величины В:

(2.7)

Где d_ст–диаметр стояка, мм. По формуле (2.8), проведем расчет величины d_ст:

d_ст=, (2.8)

_,

Тогда .

Длина чаши .

Высота чаши .

Сечение выпора и стояка, как и их площади равны:

Высота h=16мм;

Длина нижнего основания В=40мм;

Длина верхнего основания А=35мм.

2.6 Определение массы стержня и формовочной смеси

Массу стержня определяют по формуле (2.8), проведем расчет величины :

(2.9)

Где –плотность стержневой смеси,=1700кг/м

–объем стержня, мм

.

.

Массу формовочной смеси, необходимую для изготовления формы, определяют по формуле (2.10),проведем расчет величины Q₄ :

Q₄ =(V₃ – (V+V₁+V₂))(2.10)

где – V,V₁,V₂,V₃ – объемы отливки стержня, литниковой системы и опок, м³;

– плотность уплотненной формовочной смеси; ρ₂ =1700 кг/м³.По формуле (2.11),проведем расчет величины :

; (2.11)

.

2.7 Оценка технико-экономической эффективности

Одним из наиболее важных показателей технико–экономической эффективности технологического процесса, позво­ляющих оценить его совершенство, является удельный расход жид­кого металла на получение отливки с учетом потерь на литниковую систему.

Удельный расход жидкого металла определяется По формуле (2.12),проведем расчет величины К :

, (2.12)

Где Q₂ –масса литниковой системы, кг, определяется по формуле: (2.13),проведем расчет величины Q₂ :

(2.13)

Где –суммарный объем всех элементов системы.

Вывод: по разработанному технологическому проекту изготовления отливки маховика автомобиля ГАЗ–53А в песчаную форму удельный расход жидкого чугуна составляет 83,3%, что больше , чем средний удельный расход чугуна (75%) в машиностроении.