Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Технологический процесс изготовления разовой литейной формы



А.Г. Багинский, Ю.А. Евтюшкин, Н.И. Фомин

Сборник методических указаний

 

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ

по курсам «Технологические процессы в машиностроении» и

«Технология конструкционных материалов» для студентов,

обучающихся по направлению 150700 «Машиностроение»

 

Издательство

Томского политехнического университета


УДК 620.18:669

ББК 34.62

С232

Багинский А.Г.

С232 Сборник методических указаний к выполнению лабораторных работ по курсам «Технологические процессы в машиностроении» и «Технология конструкционных материалов» для студентов, обучающихся по направлению 150700 «Машиностроение» / Багинский А.Г., Евтюшкин Ю.А., Фомин Н.И., Ковалевская Ж.Г., Лозинский Ю.М., Образцов В.Н. – Томск, Издательство Томского политехнического университета, 2012. – 93 с.

УДК 620.18:669

ББК 34.62

 

 

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию

методическим семинаром кафедры «Материаловедение и технология металлов» ИФВТ «2» февраля 2012 г.

 

 

Зав. кафедрой МТМ

кандидат технических наук __________ А.Г. Мельников

 

Председатель учебно-методической

комиссии __________ Е.М. Князева

 

 

Рецензент

Кандидат технических наук

заведующий кафедрой «Материаловедение и технология металлов»

А.Г. Мельников

 

© ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2012
©Багинский А.Г., Евтюшкин Ю.А.,
Фомин Н.И., 2012

 

 
 


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

 

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАЗОВОЙ ЛИТЕЙНОЙ

ФОРМЫ В ДВУХ ОПОКАХ

 

Цель работы

1. Изучить свойства и состав формовочных и стержневых смесей.

2. Изучить модельно-опочную оснастку, инструменты и приспособления, применяемые при формовке.

3. Изучить технологический процесс изготовления литейной формы.

4. На основе полученных знаний под руководством учебного мастера изготовить литейную форму.

Материалы и оборудование

1. Подмодельная плита.

2. Бункер с формовочной смесью.

3. Модель отливки.

4. Опоки.

5. Стержневой ящик.

6. Формовочный инструмент и приспособления.

Основные положения

Литейное производство – отрасль машиностроения, производящая литые изделия из различных металлов и сплавов. Сущность его состоит в получении литых заготовок – отливок – путем заливки расплавленного металла в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки.



В машинах и промышленном оборудовании около 50 % всех деталей изготавливают литьем. Например, доля литых деталей в кузнечном молоте составляет 90 %, в металлорежущих станках – 80 %, в автомобилях и тракторах – 55 %.

Все способы литья разделяют на две группы:

· Литье в песчано-глинистые формы.

· Специальные способы литья, куда относится литье в металлические формы, литье по выплавляемым моделям, литье под давлением, центробежное литье и другие способы.

Литьем в песчано-глинистые формы получают до 80 % всех отливок.

 

 

Свойства формовочных смесей

Для получения отливок высокого качества формовочные смеси, из которых делают разовые литейные формы, должны обладать определенными свойствами.

Прочность – способность смеси обеспечивать сохранность формы без разрушения при ее изготовлении и при заливке металла.

Податливость – способность смеси деформироваться при усадке кристаллизующегося металла и обеспечивать сохранность отливки без разрушения при ее охлаждении.

Пластичность – способность смеси воспроизводить очертание модели.

Газопроницаемость – способностьпропускать газы через стенки формы. Газы вытесняются из полости формы при заливке жидкого металла. При недостаточной газопроницаемости в отливке могут образоваться газовые поры.

Термохимическая устойчивость, или непригораемость, – способность смеси не взаимодействовать с жидким металлом. Пленки пригара ухудшают качество поверхности отливки и затрудняют последующую обработку на металлорежущих станках.

Формовочная смесь состоит из следующих компонентов:

· глина (связующее) – 8–10 %,

· кварцевый песок (наполнитель) – 84–88 %,

· каменноугольная пыль (противопригарная добавка) – 0,5–1 %,



· вода – остальное.

 

Свойства стержневых смесей

 

Стержни служат для образования отверстий в отливках. Они работают в более тяжелых условиях под воздействием расплавленного металла и поэтому должны обладать повышенной прочностью.

Состав стержневой смеси: 4–6 % глины, 90–92 % кварцевого песка, 2–3 % веществ, обеспечивающих дополнительную прочность (сульфидная барда, жидкое стекло или синтетическая смола), 3–4 % воды.

После изготовления стержни подвергаются просушке при 150–280 оС. При этом смола затвердевает, и стержень приобретает повышенную прочность.

 

Технологический процесс изготовления разовой литейной формы

1. В литейном цехе завода изготавливают формовочную и стержневую смеси.

2. В технологическом бюро по чертежу детали (рис. 1) разрабатывают чертеж отливки (рис. 2).


Рис. 1. Чертеж детали

 


При разработке чертежа добавляется припуск на механическую обработку отливки и припуск на усадку при кристаллизации и охлаждении. Выбирается плоскость разъема модели, и назначаются литейные уклоны (для удобства извлечения модели при изготовлении формы) и галтели – скругления острых углов модели (для предотвращения образования трещин в отливке при её усадке).

Рис. 2. Чертеж отливки:

1 – припуск на механическую обработку и усадку; 2 – литейные уклоны;

3 – плоскость разъема

 


3. По чертежу отливки в модельном отделении изготавливается модель отливки с дополнительными стержневыми знаками (рис. 3) и стержневой ящик.

Рис. 3. Чертеж модели:

1 – стержневые знаки; 2 – фиксаторы

 

4. В стержневом ящике из стержневой смеси формуется стержень (рис. 4). Длина стержня больше длины отверстия на величину стержневых знаков.

 


Рис. 4. Стержень

 

Технология формовки

 

5. На подмодельную плиту 4 (рис. 5) устанавливается половина модели (без фиксаторов) 3 и ставится нижняя опока 2. Поверхность модели покрывается тонким слоем модельной пудры (графита) для того, чтобы к ней при формовке не прилипала формовочная смесь. Для удержания пудры на поверхности модели модель смачивают керосином или соляркой. В опоку засыпается формовочная смесь 1 и уплотняется с помощью трамбовок.

 


Рис. 5. Изготовление нижней полуформы:

1 – формовочная смесь; 2 – опока; 3 – модель; 4 – подмодельная плита

 

6. Готовая полуформа поворачивается на 180о. Устанавливается вторая половина модели по фиксаторам. Устанавливается верхняя опока, и жестко фиксируется взаимное положение опок.

Разъем литейной формы присыпается песком. Устанавливается модель стояка литниковой системы, производится засыпка и уплотнение формовочной смеси (см. рис. 6).

 

 


Рис. 6. Изготовление верхней полуформы:

1 – верхняя опока; 2 – устройство для центрирования опок;

3 – нижняя опока; 4 – модель

 

7. Удаляется модель стояка и начинается оформление литниковой системы (рис. 7): прорезается литниковая чаша и накалываются вентиляционные каналы.

8. Верхняя опока с набитой в ней формовочной смесью снимается с нижней опоки. Удаляется модель. Прорезаются питатель и шлакоуловитель – части литниковой системы.


Рис. 7. Литниковая система:

1 – литниковая чаша; 2 – стояк; 3 – шлакоуловитель; 4 – питатель

 

Сборка формы

 

9. Перед сборкой литейная форма осматривается, заделываются местные разрушения, из полости формы и литниковой системы удаляют частицы формовочной смеси. После укладки стержней верхняя половина формы устанавливается на нижнюю часть и теперь форма готова для заливки металла (см. рис. 8).

 

 

Рис. 8. Литейная форма в сборе:

1 – верхняя опока; 2 – вентиляционный канал (выпор); 3 – формовочная смесь;

4 – полость формы; 5 – стержень; 6 – литниковая система; 7 – нижняя опока

 

 

Содержание отчета

 

1. Отчет должен содержать основные данные о формовочных и стержневых материалах и о модельно-опочной оснастке. Особое внимание следует обратить на описание технологического процесса изготовления литейной формы с пояснениями, эскизами операций.

 

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Перечислите основные способы литья.

2. Роль литейного производства в машиностроении (примеры).

3. Перечислите свойства формовочной смеси.

4. Что такое прочность и пластичность формовочной смеси?

5. Зачем нужна газопроницаемость и податливость формовочной смеси?

6. Состав формовочной смеси.

7. Условия работы стержня и состав стержневой смеси.

8. Чем отличается чертеж отливки от чертежа детали?

9. Что такое модель, стержень, опоки? Для чего они нужны?

10. Устройство литниковой системы.

11. Перечислите операции изготовления литейной формы.

12. Из каких частей состоит литейная форма в сборе?

 

 


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

 

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЛИТЬЯ

(ЛИТЬЁ В КОКИЛЬ И ПО ГАЗИФИЦИРУЕМЫМ МОДЕЛЯМ)

 

Цель работы

1. Познакомиться с методами литья: в металлические формы (кокили) и по газифицируемым моделям.

2. Получить отливки образцов для механических испытаний.

3. Изучить макроструктуру и определить ударную вязкость отливок, полученных литьём в кокиль и литьём по газифицируемым моделям.

 

Материалы и оборудование

 

1. Заливаемый сплав – силумин (сплав алюминия с кремнием).

2. Формовочная смесь.

3. Тигель для жидкого металла.

4. Кокиль – металлическая литейная форма.

5. Газифицируемая модель (пенополистироловая).

6. Муфельная печь для получения расплава.

7. Маятниковый копёр МК-30 для проведения испытаний на ударную вязкость.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомиться с основными сведениями по литью в кокиль и по газифицируемым моделям.

2. Выполнить экспериментальную часть.

3. Проанализировать полученный материал и сделать необходимые выводы.

 

Основные положения

1. Литьё в металлическую форму (кокиль)

 

Кокиль – металлическая литейная форма, которая обеспечивает высокую скорость кристаллизации металла и формирования отливки. Кокиль изготавливают из чугуна, стали и других сплавов.

Способ литья в кокиль имеет преимущества перед литьём в песчаные формы. Кокили выдерживают большое число заливок (от нескольких сот до десятков тысяч) в зависимости от заливаемого в них сплава: чем ниже температура заливаемого сплава, тем больше их стойкость. При этом способе исключается применение формовочной смеси, повышаются технико-экономические показатели производства, улучшаются санитарно-гигиенические условия труда.

Высокая теплопроводность кокиля ускоряет процесс кристаллизации сплава и способствует получению отливок с высокими механическими свойствами. Высокая прочность металлических форм позволяет многократно получать отливки одинаковых размеров с небольшими припусками на механическую обработку. Минимальное физико-химическое взаимодействие металла отливки и формы повышает качество поверхности отливки.

К недостаткам этого способа литья относится высокая трудоёмкость изготовления и стоимость кокилей.

Существует опасность образования внутренних напряжений в отливке из-за отсутствия податливости металлической формы. В поверхностном слое кокильных чугунных отливок образуется структура цементита, что затрудняет их механическую обработку, поэтому необходима термическая обработка (отжиг) отливок.

В кокилях получают 45 % всех алюминиевых и магниевых отливок, 6 % стальных отливок, 11 % чугунных отливок. Этот способ литья экономически целесообразен в серийном и массовом производстве.

В зависимости от конфигурации и размеров отливки металлические формы делятся на неразъёмные и разъёмные.

Внеразъёмных формах вся отливка целиком получается в одной форме (типа чашки). На рис. 1 изображена неразъёмная вытряхиваемая форма. Ее применяют для получения простых отливок, имеющих достаточные уклоны на боковых стенках (плиты, коробки и т. п.).


Рис. 1. Металлическая неразъёмная форма:

1 – корпус формы; 2 – цапфа для поворота формы при выбивке отливки;

3 – песчаный стержень; 4 – литниковая чаша со стояком; 5 – полость формы;

6 – питатели; 7 – вентиляционный канал

Внутреннюю и внешнюю поверхности отливки в неразъёмном кокиле формируют при помощи стержней. Литниковая система делается внутри стержня. Такие металлические формы обычно закрепляются при помощи цапфы на специальных стойках. После заливки производится поворот формы на 180° и удаляется (вытряхивается) отливка вместе со стержнем.

Разъёмные формы состоят из двух или более частей и, в свою очередь, разделяются на формы с горизонтальной, вертикальной и комбинированной плоскостями разъёма.


Металлическую форму с горизонтальным разъёмом (рис. 2) применяют для таких же отливок, как и в неразъёмной форме, но с более сложной верхней поверхностью, образуемой рабочей частью верхней половины формы.

 

Рис. 2. Кокиль с горизонтальным разъёмом:

1 – нижняя часть формы; 2 – верхняя часть формы; 3 – центральный песчаный стержень; 4 – полость формы; 5 – нижний кольцевой стержень

 

Металлические формы с вертикальным разъёмом (см. рис. 3) применяют для изготовления более разнообразных и сложных отливок (корпусные детали, литые блоки цилиндров автомобильных двигателей, крупные поршни, крышки с массивными фланцами и т. д.).

Металлические формы с комбинированным разъёмом применяют для отливки сложных по конфигурации деталей. Внутреннюю конфигурацию и отверстия в отливках получают с помощью стержней, песчаных или металлических.

 


Рис. 3. Кокиль с вертикальным разъёмом, с песчаным стержнем:

1 – левая половина формы; 2 – каналы-питатели; 3 – стояк литниковой системы;

4 – литниковая воронка; 5 – полость формы; 6 – вентиляционные каналы;

7 – песчаный стержень; 8 – центрирующие отверстия

 

Песчаные стержни применяют для отливок из стали и чугуна. Они обладают повышенной податливостью, газопроницаемостью и огнеупорностью. Однако чистота внутренней поверхности отливок хуже, чем при применении металлических стержней.

Металлические стержни применяют для сплавов с низкой температурой плавления, алюминиевых, магниевых и др. Металлические стержни, не обеспечивают свободной усадки отливки при охлаждении, поэтому они удаляются из отливки ещё во время затвердевания, перед выбивкой всей отливки из формы. Для удаления газов из кокиля по линии разъёма изготавливают газовые каналы и выпоры. Газовые каналы делают обычно глубиной 0,2–0,5 мм. Через такие каналы не вытекает жидкий сплав, но легко удаляются газы.

Чтобы уменьшить скорость охлаждения отливок, избежать образования упрочнённого слоя на их поверхности и повысить стойкость кокиля, на его рабочую поверхность наносят теплоизоляционные покрытия. Их приготовляют из одного или нескольких огнеупорных материалов (кварцевой пыли, молотого шамота, графита, мела, талька и др.) и связующего материала (жидкого стекла, сульфидного щёлока и др.).

Механизировать и автоматизировать процесс кокильного литья легче, чем процесс литья в песчаные формы. Для механизации применяют кокильные машины – однопозиционные и карусельные. В этих машинах автоматизируют следующие технологические операции: открывание и закрывание кокилей, установку и удаление металлических стержней, выталкивание отливки из кокиля.

 
 

Рис. 4. Металлическая форма для изготовления испытуемого образца

 

В металлических формах получают отливки чугунные от 10 г до 15 т, стальные от 0,5 г до 5 т и из цветных металлов (медных, алюминиевых, магниевых) от 4 г до 400 кг.

 

2. Литьё по газифицируемым моделям

 

Очень часто возникает необходимость в разовых, единичных отливках тех или иных деталей. В этих случаях по традиционной технологии приходится предварительно делать деревянные модели для получения наружного отпечатка в литейной форме и стержневые ящики для образования внутренних полостей отливки. Трудоёмкость изготовления модельных комплектов в три – пять раз превышает трудоёмкость изготовления самой отливки. Для её уменьшения и снижения себестоимости разовых отливок новаторы судостроительной верфи г. Николаева предложили делать модели не из дерева, а из пенополистирола, который газифицируется расплавленным металлом. В последние годы использование пенополистирола в качестве модельного материала получает всё большее распространение. Использование пенополистирола (пенопласта) обеспечивает возможность получения различных отливок в неразъёмных формах без извлечения модельных комплектов из форм, без формовочных уклонов и с минимальными припусками на механическую обработку (см. рис. 5).

Пенополистирол – материал легко формирующийся, а это значит, что из него можно изготовить модели сложной конфигурации.

При литье по газифицируемым моделям для изготовления моделей применяется бисерный пенополистирол в виде гранул, в замкнутых ячейках которых содержится порошкообразный наполнитель (легкоплавкий компонент).

При этом для газифицируемых моделей применяют пенополистирол с объёмной массой 0,015–0,025 г/см3. Пенополистирол с большим удельным весом не содержит количества воздуха, необходимого для его сжигания, такой пенополистирол лишь расплавляется, не сгорая, тем самым заполняет часть формы и приводит к браку при отливке детали. Пенополистирол с меньшим удельным весом при формовке деформируется, что приводит к искажению формы и размеров отливки.

Применение пенополистироловых моделей сокращает трудоёмкость формовочных работ на 80 %, объём обрубных и зачистных работ на 70 %. Достоинство пенополистироловых моделей – их способность не усыхать и не набухать от влаги. Это исключает коробление при транспортировке и, особенно, хранении. При отливке деталей сложной конфигурации внешних и внутренних обводов, модель может быть изготовлена частями, которые собираются во время формовки.

К недостаткам литья по газифицируемым моделям нужно отнести, прежде всего, большое выделение газа при сгорании модели, что при неправильном ведении заливки (заливка должна вестись с определённой скоростью) и при плохой газопроницаемости формовочной смеси ведёт к образованию газовых пор в отливках, уменьшающих их прочность.

 


Рис. 5. Неразъёмная форма с пенополистироловой моделью:

1 – опока; 2 – формовочная смесь; 3 – расплавленный сплав;

4 – модель из пенополистирола (пенопласта); 5 – цапфы

 


Рис. 6. Пенополистироловая модель для изготовления испытуемого

образца и её расположение в опоке:

1, 7 – пенополистироловая модель; 2 – литниковая система; 3 – линия отрезки литниковой системы от детали; 4 – опока; 5 – формовочная смесь;

6 – заливка расплавленного металла

 

Другим существенным недостатком пенопластовой модели является потеря точности при уплотнении формовочной смеси из-за податливости пенополистирола. Решить эту проблему можно с помощью электромагнитного поля и замены формовочной смеси железными опилками. На дно опоки, вставленной внутрь соленоида, присоединённого к сети переменного тока, насыпают слой железного порошка, ставят на него пенопластовую модель с литниковой системой и засыпают её доверху тем же железным порошком (опилками), затем включают ток, превращающий железный порошок в монолит, и заливают расплавленный металл, мгновенно сжигающий пенопласт. Как только отливка чуть затвердеет, ток выключают, и форма вновь становится порошком.

На установке успешно отливались магниевые блоки для автомобильных двигателей, причём качество не уступало кокильному литью. Отсутствие дорогостоящих кокилей, простота и универсальность магнитных форм с использованием газифицируемых моделей позволили снизить себестоимость продукции ровно вдвое.

 

Задание и методические указания по выполнению работы

 

1. Подготовить кокиль (рис. 4) под заливку. Для этого необходимо зачистить внутреннюю полость кокиля от пригаров, окалины и старой огнеупорной смазки, а затем смазать полость кокиля огнеупорной смазкой. Собрать половинки кокиля и прогреть до 100–300 °С.

2. Подготовить формовочную смесь для формовки. Для этого её необходимо разрыхлить, удалить металлические включения в виде капель и приливов. Формовочная смесь должна быть совершенно сухой.

3. Заформовать пенопластовые модели в формовочную смесь (рис. 6).

4. Проследить за заливкой металла, выполняемой мастером, и за остыванием отливок, засекая время по часам.

5. Отделённые от литниковой системы образцы подвергнуть испытанию на ударную вязкость с помощью маятникового копра и результаты свести в таблицу. Объясните причины различия результатов испытаний ударной вязкости.

 

Содержание отчёта

1. Цель работы.

2. Материалы и оборудование.

3. Описать (кратко) способы литья в кокиль и по газифицируемым моделям (обязательно включить в отчёт рис. 4, 6).

4. Определить ударную вязкость отлитых образцов по формуле

КС = ; где

A – работа, затраченная на излом образца [Дж];

S – площадь поперечного сечения образца [м2].

5. Описать ход экспериментальной части и результаты эксперимента с пояснениями, анализом и выводами. Объяснить, почему отливки имеют разную макроструктуру, ударную вязкость и качество поверхности.

6. Краткий вывод по результатам работы.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Что такое кокиль и для чего он предназначен?

2. Назовите преимущества литья в кокиль по сравнению с литьём в песчаные формы.

3. Какие недостатки имеет литьё в кокиль?

4. Назовите область применения кокильного литья.

5. Какими бывают металлические формы в зависимости от конфигурации и размеров отливки?

6. Какие отливки можно получать в неразъёмных формах?

7. Для чего нужны цапфы?

8. Какие виды разъёмных форм вы знаете?

9. Для изготовления каких отливок применяют металлические формы с горизонтальным разъёмом?

10.Для изготовления каких отливок применяют кокили с вертикальным разъёмом?

11.Что такое стержень, и для чего он служит?

12.Какие виды стержней вы знаете, и для чего они применяются?

13.Что такое газовые каналы и выпоры, и для чего они применяются?

14.Что такое теплоизоляционные покрытия, из чего они состоят и для чего служат?

15.Что такое газифицируемая модель?

16.Каковы преимущества литья по газифицируемым моделям по сравнению с литьём в песчаные формы?

17.Каковы недостатки литья по газифицируемым моделям по сравнению с литьём в песчаные формы?

18.Какой плотности пенополистирол применяется при изготовлении газифицируемых моделей?

19.Что произойдёт, если плотность пенополистирола будет больше или меньше, чем необходимо для нормального процесса литья?

20.Перечислите пути повышения производительности труда при использовании методов литья в кокиль и по газифицируемым моделям.

 


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОТЛИВОК

 

Цель работы

1. Ознакомиться с основными приёмами проектирования отливок.

2. Разработать на основе чертежа детали конструкцию отливки и необходимую технологическую оснастку для изготовления песчано-глинистой формы в двух опоках.

 

Основные положения

В настоящее время основными технологическими процессами получения заготовок деталей машин из металлов и сплавов являются различные способы литья. Наиболее часто применяется метод литья в песчано-глинистые разовые формы. Литейная форма изготавливается обычно в двух опоках. При проектировании формы необходимо соблюдать основные правила:

1.Правило расположения отливки в форме с наименьшей высотой;

2. Правило параллельных лучей;

3. Правило вписанных окружностей;

4. Правило назначения галтелей;

5. Правило минимума стержней;

6. Правило необходимости уклонов;

7. Рекомендации по выбору плоскости разъёма.

Когда отливка имеет значительную длину и малое поперечное сечение, то целесообразно располагать её с наименьшей высотой полости формы (рис. 1). Малая высота формы (рис. 1, б) экономит формовочный материал. Уменьшается влияние ликвации по удельному весу, поэтому выравниваются механические свойства по сечению отливки.


а) б)

Рис. 1. Варианты литейной формы:

а – с вертикальным, б – с горизонтальным расположением оси отливки

Ликвация – расслоение компонентов сплава по удельному весу в период остывания расплава. Легкие фракции стремятся вверх, тяжёлые – вниз; поэтому при расположении, показанном на рис. 1, а, возникает разность механических свойств верхней и нижней частей отливки.


Поэтому детали, у которых один габаритный размер гораздо больше других, выгодно располагать так, чтобы максимальный размер лежал в горизонтальной плоскости, как показано на рис. 2, а. Детали с примерно одинаковыми габаритными размерами можно располагать как вертикально (рис. 2, б), так и горизонтально (рис. 2, в).

а) б) в)

Рис. 2. Варианты расположения отливки в литейной форме

 

От расположения отливки зависит конфигурация внешних обводов. Если необходимо отлить длинный корпус электродвигателя, имеющий рёбра охлаждения (рис. 3), то для лёгкого извлечения модели из формы по правилу параллельных лучей части отливки не должны давать затенённых участков при направлении на форму параллельных лучей снизу и сверху. Это правило также называют методом теневого рельефа. На рис. 3, а это правило не соблюдается, значит, необходимо или изменить конфигурацию рёбер – сделать их параллельными лучам (рис. 3, б), или поменять расположение отливки на вертикальное.


а)б)

Рис. 3. Использование правила параллельных лучей

Вертикальное расположение оси пустотелой отливки в форме выгодно ещё и тем, что стержень, формирующий полость или отверстие в отливке, может иметь две и более опоры (рис. 4, б), т. е. занимает более устойчивое положение в форме, чем при горизонтальном расположении оси (рис. 4, а).


а) б)

Рис. 4. Варианты расположения пустотелой отливки

 

В основу конструкции литой детали в зависимости от требований должны быть положены принципы направленного или одновременного затвердевания при охлаждении. Направленное затвердевание обеспечивает получение отливок плотных, без усадочных раковин и пористости. Однако это приводит к усложнению формовки. При направленном затвердевании кристаллизация металла происходит начиная от тонких сечений отливки в самых дальних частях формы к самым массивным сечениям в местах подвода питателей к форме. Каждое большее сечение отливки питает жидким металлом тонкие её части, являясь для них как бы прибылью. Правильность конструкции в этом случае проверяют методом вписанных окружностей. При этом окружность, вписанная в любое сечение отливки, должна свободно проходить по любым вышележащим сечениям в направлении кристаллизации (в направлении к питателям, см. рис. 5, а).

Конструирование в соответствии с принципом одновременного затвердевания при охлаждении применяют для мелких и средних тонкостенных отливок, когда к литой детали не предъявляют высоких требований по плотности. Наличие центральной пористости допускается. Отливки, сконструированные с учётом принципа одновременного затвердевания, имеют примерно одинаковую толщину, во всех частях детали (см. рис. 5, б).

 

 


а) б)

Рис. 5. Применение метода вписанных окружностей

 

Толщина стенок литых деталей назначается, исходя из требуемой расчётной прочности с учётом жидкотекучести металла. При сопряжении стенок применяют галтели ‑ радиусы внутренних закруглений (рис. 6).


а) б)

Рис. 6. Галтели при сопряжении стенок разной толщины

 

Галтели применяются для предупреждения образования трещин в углах сопряжения стенок. Радиус галтели (рис. 6, а) рассчитывается по формуле

R = (a + b)/2. (1)

Соотношение толщин сопрягаемых стенок отливки не должно превышать двух.

b/a £ 2. (2)

При угловых сопряжениях стенок для получения плавного перехода делают скругление с внешним радиусом (рис. 6, б), рассчитанным по формуле

Rн = a + b. (3)

Внутренние полости и отверстия изготавливают с помощью стержней и «болванов». Внешняя конфигурация стержней повторяет внутренние обводы полости отливки. Стержни изготавливаются в стержневых ящиках.


Для образования полостей сложной конфигурации применяют сборные стержни, состоящие из нескольких частей (рис. 7, а). Однако в форме должно быть как можно меньше стержней. Если вместо двух стержней 1 и 2 (рис. 7, а) использовать один стержень 3 (рис. 7, б), то у него будет три фиксированные точки опоры, в то время как в первом варианте – две и одна точка опоры. Кроме того, увеличение количества стержней усложняет и удорожает технологический процесс изготовления литейной формы и снижает точность отливки.

а) б)

Рис. 7. Применение правила минимума стержней

 

Стержни, применяемые при изготовлении глухих полостей отливки, имеют всего одну опору, и поэтому могут потерять устойчивость. При сборке они могут упасть в полость формы, что приведёт к засорению расплава и нарушению конфигурации формы. Для устойчивости одноопорных стержней изготавливается искусственная опора 2 (жеребейка), которая устанавливается между стержнем 1 и стенками формы (см. рис. 8).

Жеребейка – металлический стержень, имеющий химический состав, близкий по составу к сплаву, из которого отливается деталь. Применение жеребеек крайне нежелательно, так как они являются источниками образования дефектов в отливках (газовые раковины, несвариваемость).


Рис. 8. Применение жеребейки в литейной форме

 

Иногда для получения глухих (несквозных) отверстий вместо стержней применяют «болваны». Они дают возможность изготавливать форму без стержней, выполняя их функции. Болван – часть формы, не выступающая за плоскость разъёма. Высота внутренней полости, выполняемой «болваном» в нижней части формы не должна превышать ширину или диаметр её сечения H £ B (рис. 9). Если же внутренняя полость выполняется «болваном» в верхней части формы, то h £ 0,3×b.


Рис. 9. Применение «болванов» для выполнения полостей отливки

 

Положение стержня должно быть строго зафиксировано в полости формы. Для этого предусматриваются стержневые (литейные) знаки, как продолжения отверстий. В местах отверстий у детали (см. рис. 10, 1) модель имеет выступающие части для получения в форме так называемых литейных знаков (см. рис. 10, 2).

Для лучшего извлечения моделей из формы их вертикальным поверхностям задаются формовочные уклоны (см. рис. 11 и рис. 12, область 1). Величина уклонов может составлять до 3° в зависимости от высоты модели. Формовочные уклоны задаются также моделям «болванов» и знаковым частям стержней (до 15°).

а)б)

Рис. 10. Деталь (а) и литейная форма для её получения (б)

 

Рис. 11. Применение формовочных уклонов

 


Модель отливки выполняется в соответствии со всеми этими правилами; кроме того, учитываются припуски на механическую обработку и усадку (рис. 12, область 2).

Рис. 12. Припуски на механическую обработку и усадку

Припуск на механическую обработку – слой металла, предусмотренный для снятия в процессе механической обработки с целью получения необходимой точности размеров и шероховатости поверхностей. Он зависит от материала отливки, способа литья, объёма производства, положения обрабатываемой поверхности в форме.

Припуск на усадку – слой металла, компенсирующий уменьшение объема отливки во время кристаллизации и остывания. Он зависит от величины усадки применяемого сплава.

Для облегчения формовки внутренней полости модель делится плоскостями разъёма, чаще всего на две части. Плоскость разъёма обычно совпадает с одной из осей симметрии отливки. Этим достигается выполнение правила параллельных лучей и экономия литейных материалов за счёт меньших затрат металла на изготовление уклонов.

Литниковая система к отливке подводится в плоскости разъёма формы. Определение размеров элементов литниковых систем для отливок из различных сплавов производится с помощью соответствующих диаграмм и эмпирических формул. С учётом массы расплавленного металла и скорости заливки определяется площадь поперечных сечений питателей, шлакоуловителя и стояка.

Для исключения образования при кристаллизации усадочных раковин в сложных отливках, в форме выполняется дополнительная ёмкость, в которой находится жидкий металл. Эта ёмкость называется прибылью (рис. 13, область 1). Она соединена с полостью формы и питает отливку жидким расплавом по мере усадки металла в форме. Прибыль устанавливается в том месте формы, где расположен наибольший объём жидкого металла. Размеры прибылей (длина и ширина основания прибыли, а также её высота) рассчитываются по эмпирическим формулам, в зависимости от размеров питаемого узла.


Рис. 13. Прибыль и место её расположения в форме

 

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с общими положениями конструирования отливок.

2. В соответствии с полученным заданием изобразить эскиз готовой детали (рис. 14, а).

3. Выбрать положение отливки в форме при заливке, определить конфигурацию модели и стержня (стержней), задать поверхность разъёма модели и формы с использованием правила параллельных лучей.

4. Изобразить эскиз отливки с учётом припуска на механическую обработку (припуск назначать только на поверхности, связанные размерами), формовочных уклонов и закруглений (рис. 14, б).

5. Изобразить эскиз модели, указать поверхность разъёма (РМФ), выделить стержневые знаки (рис. 14, в).

6. Изобразить эскиз стержня (стержней), с учётом уклонов стержневых знаков (рис. 14, г), продумать конструкцию стержневого ящика.

7. Изобразить вертикальный разрез литейной формы с указанием рабочей полости и литниковой системы (рис. 14, д).

Пример выполнения задания приведён на рис. 14.

 

Примечания:

1. Формовка должна выполняться в двух опоках.

2. Не допускается применение напусков, т. е. назначение дополнительных объёмов металла для упрощения конфигурации деталей.

 

Рис. 14. Пример выполнения задания:

а) эскиз детали; б) эскиз отливки; в) эскиз модели;

г) эскиз стержня; д) вертикальный разрез литейной формы

Содержание отчета

1. Цель работы

2. Основные правила проектирования отливок.

3. Этапы конструирования разовой песчано-глинистой формы в соответствии с индивидуальным заданием.

4. Продольный и поперечный разрезы формы с присоединённой литниковой системой.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Назовите преимущества расположения отливки в форме с наименьшей высотой полости формы.

2. Что такое ликвация?

3. Для чего применяют правило параллельных лучей?

4. Назовите преимущества и недостатки конструкции литой детали, выполненной в соответствии с принципом направленного затвердевания.

5. Какие литые детали выполняются в соответствии с принципом одновременного затвердевания при охлаждении и почему?

6. В чём сущность метода вписанных окружностей?

7. Что такое галтель, и для чего применяют галтели?

8. Почему в форме должно быть как можно меньше стержней?

9. Что такое «болван», и для чего он применяется?

10. Что такое жеребейка, и для чего её применяют?

11. С какой целью задаются формовочные уклоны?

12. Что такое припуск на механическую обработку?

13. Что такое усадка?

14. Для чего применяются литейные знаки?

15. С какой целью применяется прибыль? Где она устанавливается?

 


Приложение 1

 

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2017 год. Все права принадлежат их авторам!