Разработка технологии изготовления отливок в песчаных литейных формах (на примере отливок из серого чугуна): методические указания к самостоятельной работе

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНЫХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМАХ (НА ПРИМЕРЕ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА) МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)

Кафедра технологии конструкционных материалов

Утверждаю Проректор по учебной и воспитательной работе ______________ М.Ю. Карелина «___» __________ 2016 г.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНЫХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМАХ (НА ПРИМЕРЕ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА) МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

МОСКВА МАДИ 2016

УДК 621.74 ББК 34.616.14 Р177

Рецензент: проф. каф. ПРАДМ МАДИ, д-р техн. наук Карагодин В.И.

Авторы: Приходько В.М., Александров В.Д., Кудряшов Б.А., Маслакова Л.П., Фатюхин Д.С., Яндулова О.В.

Р177

Разработка технологии изготовления отливок в песчаных литейных формах (на примере отливок из серого чугуна): методические указания к самостоятельной работе / В.М. Приходько [и др.]. – М.: МАДИ, 2016. ‒ 60 с.

Самостоятельна работа «Разработка технологии изготовления отливок в песчаных литейных формах» соответствует рабочим программам дисциплины «Технология конструкционных материалов» для студентов 1-го и 2-го курсов всех механических специальностей МАДИ.

УДК 621.74 ББК 34.616.14

© МАДИ, 2016

3

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНЫХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМАХ (НА ПРИМЕРЕ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА) 1. Основные принципы. Разработка технологии изготовления отливки заключается в составлении технологического документа, который в соответствующей последовательности отражает все количественные и качественные указания по проектированию и практическому осуществлению литейного процесса, обеспечивающего получение качественных отливок с учетом их программы выпуска, трудоемкости, себестоимости, а также материальных и энергетических затрат. Настоящая работа содержит лишь основные указания по литейной технологии и технологическую карту из восьми позиций: чертежей детали, отливки, стержня, модели, элементов литниковой системы, плана формы и разреза формы (на примере отливок из серого чугуна). Графическое оформление работы производится в соответствии с требованиями ГОСТа 2.423-73 по оформлению документов литейной технологии, форм и отливок. 2. Чертеж детали. Чертеж детали (рис. 1) выполняется по заданному эскизу с простановкой всех необходимых размеров, знаков механической обработки, марки сплава, массы отливки. Особые требования к размерам и заготовке для данной детали оговариваются в технических требованиях на чертеже детали. Требования к размерам и качеству поверхности будут учтены при механической обработке. Требования к заготовке будут учтены при разработке литейной технологии. Размеры. Все размеры на чертеже детали являются номинальными размерами. Проставленные рядом с номинальными размерами предельные отклонения (верхние, нижние или симметричные) позволяют определить два предельно допустимых размера, между которыми должен находиться или которым может быть равен действительный размер годной детали. Предельные размеры – результат сложения (алгебраическая сумма) номинального размера и предельных отклонений. Допуском размера (Т) называется разность между предельными размерами. TD – допуск отверстия, Td – допуск вала. Допуск характеризует точность размера, нормируется номером квалитета.

4

— I вариант задания — II вариант задания

Патрубок

Рис. 1. Чертеж детали

Пример: Ø20+0,13 означает: номинальный размер отверстия Ø20(мм), верхнее предельное отклонение: +0,13(мм), нижнее предельное отклонение равно нулю (на чертеже не указывают).

5

Предельные размеры отверстия: наибольший предельный размер – Dmax = 20 + 0,13 = 20,13 (мм); наименьший предельный размер – Dmin = 20 + 0 = 20 (мм); допуск размера: Т(D) = Dmax – Dmin = 20,13 – 20 = 0,13 (мм). Это означает, что после механической обработки годными будут детали, в которых размеры отверстия будут находиться в пределах – от 20,13 до 20 (мм) или будут равны этим предельным значениям. Пример: Ø100±0,15 означает: номинальный размер вала Ø100(мм), верхнее предельное отклонение: +0,15(мм), нижнее предельное отклонение: – 0,15(мм). Предельные размеры вала: наибольший предельный размер – dmax = 100 + 0,15 = 100,15 (мм); наименьший предельный размер – dmin = 100 + (–0,15) = 99,85 (мм); допуск размера: T(d) = dmax – dmin = 100,15 – 99,85 = 0,30 (мм). Это означает, что после механической обработки годными будут детали, в которых размеры вала будут находиться в пределах – от 100,15 до 99,85 (мм) или будут равны этим предельным значениям. Предельные отклонения, не указанные после номинальных размеров на чертеже детали, оговариваются общей записью в технических требованиях чертежа в соответствии с ГОСТам 25670-83. Неуказанные предельные отклонения допускаются для размеров сравнительно низкой точности (в предложенном варианте 14 квалитет). Механическая обработка. Одной из характеристик качества поверхности является шероховатость поверхности – совокупность неровностей, образующих рельеф реальной поверхности (рис. 2). Для оценки степени шероховатости используют параметры шероховатости. Все параметры шероховатости рассматривают в пределах ограниченного участка, длина которого называется базовой длиной – ℓ. Наиболее часто встречаются высотные параметры с символами: Ra – среднее арифметическое отклонение профиля (среднее арифметическое абсолютных значений всех выступов (урi) и всех впадин (уvi) в пределах базовой длины); Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам (среднее арифметическое абсолютных значений высот пяти наибольших выступов (ур1-5) и глубин пяти наибольших впадин (уv1-5) в пределах базовой длины).

6

Обозначение шероховатости включает знак шероховатости и символ с числовым значением, указанным в микрометрах (для высотных параметров). Знак, применяемый при обозначении шероховатости на чертеже: – основной знак, когда метод обработки чертежом не регламентируется; – знак, соответствующий поверхности, которая не подвергается по данному чертежу механической обработке (поверхность остается в состоянии поставки). Примеры: Ra 2,5

Обозначение указывает – среднее арифметическое отклонение профиля после механической обработки не должно превышать 2,5 микрометра. Rz 40

Обозначение указывает – высота неровностей профиля по десяти точкам после механической обработки не должна превышать 40 микрометров. Обозначение шероховатости в правом верхнем углу чертежа: – указывает, что поверхности, не имеющие обозначение шероховатости, не подвергаются механической обработке.

Урi

Ra

Rz

ℓ

Рис. 2. Шероховатость поверхности. Условное расположение высотных параметров Ra, Rz, Rmax

7

Для изготовления детали, приведенной на чертеже, в качестве заготовки используется отливка. Поэтому в технических требованиях чертежа указывается способ литья и точность будущей отливки. Обозначение точности отливки. В технических требованиях чертежа детали согласно ГОСТу 26645-85 должны быть указаны: класс точности размеров и ряд припусков на механическую обработку. Эти параметры назначаются в зависимости от способа литья, марки сплава и габаритных размеров отливки, а также группы сложности и условий производства (серийное, массовое). Пример: точность отливки 8–4 ГОСТ 26645-85. Из примера следует: класс точности размеров отливки – 8 (табл. 1); ряд припуска на механическую обработку – 4 (табл. 2). Чертеж детали с элементами литейной технологии называется чертежом модельно-литейных указаний. 3. Чертеж модельно-литейных указаний. Чертеж детали (рис. 1) служит основанием для создания чертежа модельно-литейных указаний (рис. 3). Элементы литейной технологии наносятся непосредственно на чертеж детали. При этом указываются: плоскость разъема модели и формы, припуски на механическую обработку, направление и величина формовочных уклонов, стержни и их знаковые части, знаковые части модели. Разъем модели и литейной формы. Разъем изображается ограниченной стрелками сплошной основной линией, перпендикулярной линии разъема. Над линией разъема проставляется обозначение РМФ (если модель разъемная) или РФ (если модель неразъемная, а форма разъемная). Плоскость разъема формы, представляющая собой поверхность смыкания (контакта) отдельных полуформ, определяет пространственное расположение отливки в форме. От выбора плоскости разъема зависят конструкция и размеры литейной формы, направление и величина формовочных уклонов, количество необходимых стержней и их конфигурация, расположение литниковой системы и другие технологические характеристики.

Неуказанные литейные радиусы – 1,5 мм Рис. 3. Чертеж модельно-линейных указаний

Неуказанные литейные радиусы – 1,5 мм Рис. 4. Чертеж отливки (с припусками на механическую обработку)

8

9

В настоящей работе при выборе плоскости разъема необходимо руководствоваться следующими правилами: рекомендуется только один разъем (две полуформы или полумодели); преимущество имеют плоские разъемы. Выбранная плоскость разъема должна обеспечивать удобный процесс формовки, минимальное количество стержней, удобную сборку формы. Наиболее ответственные части отливки, подвергающиеся механической обработке, желательно располагать в нижней или боковой части формы с целью уменьшения опасности появления дефектов по песчаным, шлаковым, усадочным и газовым раковинам. В симметричных деталях плоскость разъема обычно проходит через ось симметрии. В ряде случаев целесообразно отливку помещать полностью в одной полуформе (как правило, нижней), что позволяет ликвидировать дефекты по перекосу (сдвиг верхней полуформы относительно нижней) и повысить точность отливки. После выбора плоскости разъема назначаются припуски на механическую обработку, намечаются формовочные уклоны модели и знаки стержня. Припуски на механическую обработку. Отливки, как правило, являются заготовками, которые подвергаются дальнейшей механической обработке с целью достижения размеров, требуемой точности и необходимого качества (шероховатости) поверхности готовой детали. С этой целью на соответствующих поверхностях детали, имеющих знак механической обработки и требуемой шероховатости, предусматриваются припуски на механическую обработку, т.е. поверхностный слой материала, срезаемый во время механической обработки. Величина шероховатости поверхности детали не влияет на величину припуска. Для отливок из серого чугуна в соответствии с ГОСТом 26645-85 припуски на механическую обработку назначают в зависимости от класса точности размеров отливки и ряда припуска. Всего предусмотрено 22 класса точности размеров отливок и 6 рядов припуска, в зависимости от размеров, типа сплава, способа изготовления отливок и других факторов. Припуск назначают в два этапа: – сначала, в зависимости от номинального размера и класса точности размеров отливки (указанного в технических требованиях на чертеже детали), по табл. 1 определяют допуск размера;

10

– затем, по выбранному допуску и ряду припуска (указанного в технических требованиях на чертеже детали), по табл. 2 определяют припуск на механическую обработку для данного номинального размера. Под номинальным размером следует понимать любой размер, стоящий на чертеже. Таблица 1 Допуски размеров чугунных отливок для различных классов точности размеров Интервалы номинальных размеров, мм До 4 Св. 4 до 6 Св. 6 до 10 Св. 10 до 16 Св. 16 до 25 Св.25 до 40 Св. 40 до 63 Св. 63 до 100 Св. 100 до 160 Св. 160 до 250 Св. 250 до 400

Допуски номинальных размеров отливок (мм) для 8 и 10 классов точности 8-й класс 10-й класс 0,61 1,2 0,70 1,4 0,80 1,6 0,90 1,8 1,00 2,0 1,10 2,2 1,20 2,4 2,8 1,40 1,60 3,2 1,80 3,8 2,00 4,0

В таблице 1 приведены допуски на размеры отливок 8 и 10 классов точности размеров. 8-й класс точности применяется для отливок I варианта задания (массовое производство, количество – 10000 шт.), а 10-й класс – для отливок II варианта задания (индивидуальное производство, количество – 60 шт.). Класс точности размеров отливок определяется в основном способом их изготовления: при массовом и крупносерийном производстве, когда применяются металлические модели и стержневые ящики, достигается более высокая точность по сравнению с индивидуальным и мелкосерийным производством. Пример назначения припусков на торцевые поверхности детали, представленной на рис. 1. Торцевые поверхности детали, ограниченные размером 100±1,5, подвергаются механической обработке, о чем свидетельствуют знаки шероховатости –

, проставленные на чертеже детали, следова-

11

тельно, на этих поверхностях предусматривается припуск на механическую обработку. Последовательность назначения припуска: – номинальный размер детали 100 мм (интервал размеров св. 63 до 100); класс точности размеров, указанный в технических требованиях – 8, следовательно, допуск для размера 100, согласно данным табл. 1, составит 1,4 мм; – по выбранному значению допуска (интервал 1,2–1,6) и указанному в технических требованиях ряду припуска 4, назначаем припуск на механическую обработку, который, согласно данным табл. 2, составит – 3,8 мм. Таблица 2 Припуски на механическую обработку Допуски размеров отливок, мм До 0,12 0,12 – 0,16 0,16 – 0,20 0,20 – 0,24 0,24 – 0,30 0,30 – 0,40 0,40 – 0,50 0,50 – 0,60 0,60 – 0,80 0,80 – 1,0 1,0 – 1,2 1,2 – 1,6 1,6 – 2,0 2,0 – 2,4 2,4 – 3,0 3,0 – 4,0 4,0 – 5,0

Ряды припусков, не более 1

2

3

4

5

6

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,5 5,5

– 0,8 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,6 1,8 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0 5,0 6,0

– – 1,4 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,8 3,0 3,2 3,6 4,0 4,5 5,5 6,5

– – – – 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,8 4,2 4,6 5,0 6,5 7,5

– – – – 3,0 3,2 3,5 3,6 3,8 4,0 4,2 4,6 5,0 5,5 6,5 7,0 8,0

– – – – – – – – 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 9,0 10,0

Величина припуска на механическую обработку для размера 100 составила 3,8 мм. Так как для достижения точности размера 100±1,5, требуется обработать две торцевые поверхности, припуск 3,8 в этом случае делится пополам, и на каждую торцевую поверхность назначается припуск – 1,9 мм. Величина припуска на механическую обработку проставляется рядом со знаком шероховатости поверхности после обработки.

12

Например, обозначение 1,9 (рис. 3) свидетельствует, что припуск на механическую обработку составляет 1,9 мм, а высота неровностей по параметру Rz после обработки не должна превышать 40 мкм. Припуски на механическую обработку изображаются сплошной тонкой линией, вынесенной за контур детали (рис. 3). После выбора плоскости разъема, назначения припуска на чертеже детали указываются следующие элементы литейной технологии: направление и величина формовочных уклонов, стержни и их знаковые части, и в заключении – знаковые части модели. Формовочные уклоны. Обязательными элементами на чертеже модельно-литейных указаний являются формовочные (литейные) уклоны. Назначаются уклоны на рабочих поверхностях в том случае, если в отливке не предусмотрены конструктивные уклоны. Формовочные уклоны выполняются на вертикальных рабочих поверхностях, перпендикулярных плоскости разъема, т.е. в направлении извлечения модели из формы, следовательно, определение формовочных уклонов можно выполнить только после выбора плоскости разъема. Наличие формовочных уклонов делает возможным извлечение модели из формы. Назначаются формовочные уклоны с увеличением или уменьшением номинального размера (рис. 7). Величина уклонов выбирается в зависимости от высоты поверхности и материала модельного комплекта (табл. 3). На чертеже модельно-литейных указаний (рис. 3) назначены формовочные уклоны на поверхностях, перпендикулярных плоскости разъема: – 2°20I на поверхности высотой 9,9 мм (размер с учетом припуска на механическую обработку); – 0°30I на поверхности высотой 93,9 мм (размер с учетом припуска на механическую обработку). Назначены формовочные уклоны, в данном примере, с уменьшением номинального размера (рис. 5). Стержни и их знаки. Применение стержней обусловлено необходимостью оформления внутренней полости отливки, поэтому форма стержня является

13

копией внутренней полости будущей отливки. Стержни являются (в части их изготовления) самостоятельными элементами литейной технологии, однако конструктивно они принадлежат форме и подчиняются ей. Для стержней характерно наличие знаков, т.е. частей, которыми они закрепляются в форме. Конструктивные размеры форм, стержней, моделей и стержневых ящиков должны быть полностью согласованы. На чертеже детали с элементами литейной технологии (рис. 3) стержни и их знаки изображаются сплошной тонкой линией с нанесением штриховки только у контурных линий. При вертикальном расположении стержней обязательно наличие конусности на их знаках; при горизонтальном расположении стержней продольная конусность знаков не выполняется. На чертеже детали с элементами литейной технологии (рис. 3) высота вертикальных знаков и уклоны на них назначены в соответствии с данными табл. 5 и табл. 6. Разрешается изображать знаки стержней не в масштабе. Знаковые части модели. Знаковые части модели обеспечивают отпечаток (полость) в форме для установки знаковых частей стержня, поэтому повторяют форму стержневых знаков с небольшим увеличением в размерах, обеспечивающим минимальные зазоры между знаковыми частями стержня и модели (рис. 8). Величина зазоров между знаками модели и стержня назначается в зависимости от высоты знака и длины стержня в соответствии с данными табл. 8. Размеры знаковых частей стержня и модели назначают без учета усадки. 4. Чертеж отливки. После назначения припусков на механическую обработку можно приступить к оформлению чертежа отливки (рис. 4), отличающегося от чертежа детали следующим: – размеры отливки включают припуски на механическую обработку, которые указываются как разница между контуром отливки (сплошной контурной линией) и контуром детали (сплошной тонкой линией); – на чертеже отливки указывается выбранная плоскость разъема, отливка ориентируется на чертеже в соответствии с выбранной плоскостью разъема;

14

– все наружные и внутренние углы в отливке должны иметь закругление (галтели). Радиус закруглений для мелких отливок составляет 1…3 мм. Исключение составляют два случая: не предусматриваются закругления по кромкам отливок, примыкающим к плоскости разъема и к стержневым знакам (рис. 5, вариант а), так как выполнение галтелей в этих случаях усложняет литейную технологию: появляется более сложная плоскость разъема формы или более сложная конструкция стержня (рис. 5, вариант б); – обязательными элементами конструкции отливок являются формовочные (литейные) уклоны. Эти уклоны переносятся на отливку через форму от модели. Величина уклонов назначается по ГОСТу 3212-80 (табл. 3); уклоны зависят от материала, из которого изготавливается модель, и высоты протяжки h1 или h2 (рис. 6). Материал модели определяется серийностью производства и классом точности отливки.

Рис. 5. Назначение галтелей в отливках: а – рекомендуемое; б – нерекомендуемое

Рис. 6. Формовочные уклоны на ступенчатой модели: 1 – модель; 2 – форма

15

На обрабатываемых поверхностях формовочные уклоны назначаются в «плюс», и они увеличивают номинальный размер, равный размеру отливки вместе с припуском (рис.7а); на необрабатываемых поверхностях формовочные уклоны назначаются по методу «плюс» – «минус» (рис. 7б) или «минус», и они уменьшают номинальный размер (рис. 7в).

Рис. 7. Формовочные уклоны на моделях и формах: а – на обрабатываемой поверхности; б – на необрабатываемой поверхности; в – на необрабатываемой поверхности

Формовочные уклоны на внутренних поверхностях отливки, образуемые стержнем, рекомендуется выполнять равнозначными наружным уклонам отливки или модели для получения одинаковой толщины стенок (рис. 4). Уклоны на обрабатываемых поверхностях снимаются при последующей механической обработке, на чертеже они сливаются с припуском на обработку. Уклоны на необрабатываемых поверхностях остаются в отливке после механической обработки, на чертеже отливки они должны быть заштрихованы как единое целое со стенкой детали. Если модель имеет ступенчатый профиль, то уклоны назначаются на каждую ступень отдельно в соответствии с ее высотой h1 или h2 (рис. 6). Размеры на чертеже отливки проставляются вместе с предельными отклонениями по ГОСТу 26645-85; величина предельных отклонений назначается в зависимости от допуска номинального размера, определяемого классом точности размеров отливки (табл. 1).

16

Рекомендуются симметричные предельные отклонения размеров отливок. Например, на чертеже детали проставлен размер 92 (мм), на чертеже отливки этот размер увеличен на величину припуска – 1,9 мм (п. 3), его значение – 93,9 (мм); для размера 93,9 мм 8-го класса точности размеров дается допуск 1,4 мм (табл. 1) в симметричном варианте его можно записать 93,9 0,7 мм. Это означает, что при приемке годными будут те отливки, у которых данный размер будет иметь максимальное значение: 93,9 + 0,7 = 94,6 мм, а минимальное: 93,9 – 0,7 = 93,2 мм. Вне этих предельных значений отливки будут забракованы. Таблица 3 Формовочные (литейные) уклоны на моделях и отливках Высота модели или отдельной ее ступени, мм (рис. 5) 10 10...18 18...30 30...50 50...80 80...120 120...180 180...250

Литейные уклоны на металлических на деревянных моделях моделях 3° 2°20 2° 1°30 1° 1°30 1° 0°50 0°30 0°30 0°20 0°20

0°40 0°30 0°20 0°20

5. Чертеж стержня. Стержни состоят из основной (профилирующей) части, воспроизводящей внутренний контур отливки, и знаков, являющихся опорными частями стержня. Размеры основной части стержня, например длина L (рис. 8), определяются размерами отливки с поправкой (увеличением) на величину усадки. Знаковые части стержня непосредственно не участвуют в оформлении конфигурации полости отливки, однако они играют важную роль в литейной форме. Неправильное назначение формы и размеров знаков стержня может привести к разрушению формы или искажению геометрии отливки. Размеры и конфигурацию знаковых частей стержней назначают по ГОСТу 3606-80, без учета усадки. В зависимости от положения стержней при сборке формы стержневые знаки подразделяют на горизонтальные и вертикальные (рис. 8).

17

Основными параметрами знаков цилиндрических стержней являются их длина L (или высоты h2 и h1) и диаметр D стержня в части, примыкающей к знаку (рис. 8). Длина L горизонтальных цилиндрических знаков стержней определяется по табл. 4, а высоты h2 и h1 вертикальных – по табл. 5. По ГОСТу 3606-80 регламентируются также уклоны вертикальных стержневых знаков. Уклон нижних знаков меньше, чем верхних (табл. 6). Предельные отклонения размеров стержней условно соответствуют предельным отклонениям стержневых ящиков; на чертеже стержня они не указываются. Таблица 4 Длина горизонтальных стержневых знаков Диаметр стержня D, мм до 30 св. 30 до 50 св. 50 до 80 св. 80 до 120 св. 120 до 180 св. 180 до 250

до 50 20 20 20 20 25 25

Длина знака l при длине стержня L, мм св. 50 св. 80 св. 120 до 80 до 120 до 180 25 30 35 25 30 35 25 30 40 30 35 45 30 35 50 35 40 50

Рис. 8. Схема оформления стержневых знаков: а – горизонтальная; б – вертикальная

св. 180 до 250 – 45 50 55 60 65

18

Рис. 9. Чертеж стержня * – размеры для справок

Рис. 10. Чертеж модели

Таблица 5 Высота вертикальных нижних знаков, h2 Диаметр стержня D, мм до 30 св. 30 до 50 св. 50 до 80 св. 80 до 120 св. 120 до 180 св. 180 до 250

Высота знака стержня h при длине L, мм до 50 св. 50 до 180 св. 180 до 250 20 30 – 20 35 40 25 35 40 25 35 40 30 35 45 30 35 45

Примечание. Высота верхних знаков h1 равна половине высоты h2 нижних знаков (h1 = 0,5h2) в случаях одинаковых размеров частей, примыкающих к основному профилю стержня. Чертеж стержня для рассматриваемого примера представлен на рис. 9. Таблица 6 Уклоны знаков стержней и моделей Уклоны

до 30 10° 15°

Высота знаков стержней и моделей от 30 до 50 от 50 до 80 7° 6° 10° 8°

19

6. Чертеж модели. Модель и стержневые ящики являются основными элементами технологической оснастки для изготовления отливок в разовых формах. При формовке очертания рабочей поверхности стержневых ящиков и модели негативно переносятся на литейную форму. Обычно модели изготавливаются разъемными. Использование разъемных моделей облегчает процесс формовки и позволяет производить его одновременно по двум полумоделям, т.е. двумя формовочными машинами. Линия разъема модели указывается основной линией. При проектировании модели учитывают: количество изготавливаемых отливок, принятую технологию формовки. Форма модели является наружной копией будущей отливки. Для изготовления моделей используются различные материалы, в зависимости от программы выпуска отливок (табл. 7). Таблица 7 Материал моделей Тип производства

Годовая программа выпуска отливок, шт.

Материал модели

Класс точности отливок

Индивидуальное и мелкосерийное

до 500

дерево

10

свыше 10000

сталь, серый чугун, алюминиевый сплав, пластмасса

8

Массовое

Все размеры моделей (рис. 10) должны быть больше соответствующих размеров отливки на величину линейной усадки сплава. Величина усадки зависит от типа сплава. Усреднено принято, что для небольших отливок из серого чугуна линейная усадка равна 1%, для отливок из углеродистой стали – 2,5%. Модели отливок, внутренние или наружные полости которых образуются стержнями, имеют соответствующие знаки, по которым в форме отпечатываются углубления для установки стержней. Размеры знаков на моделях назначаются без учета усадки. Конфигурация и размеры знаков на моделях должны быть согласованы со знаковыми частями стержней. Прежде всего знаки на моделях являются охватывающими по отношению к знакам стержней, так как при сборке форм в ее знаковые углубления входят знаки стержней. Величина зазоров между формой и стержнем в знаковой

20

части определяется по ГОСТу 3606-80 (табл. 8, рис. 6). Зазоры S1 и S3 облегчают установку верхней опоки на нижнюю (с установленным на нее стержнем), а зазор S2 устраняет возможность силового взаимодействия стержня и формы, которое может вызвать разрушение последней. Модели и стержневые ящики изготавливаются в соответствии с классом точности размеров отливки. Таблица 8 Зазоры между знаками модели (формы) и стержня Зазоры S1 и S3 при длине стержня L, мм Высота знака стержня, мм

до 50

св. 50 до 80

св. 80 до 120

св. 120 до 180

св. 180 до 250

А

Б

А

Б

А

Б

А

Б

А

Б

до 30

0,2

0,5

0,2

0,6

0,3

0,7

0,3

0,8

0,4

0,9

св. 30 до 50

0,2

0,7

0,3

0,8

0,4

0,9

0,4

1,0

0,5

1,1

св. 50 до 80

0,3

0,8

0,3

0,9

0,4

1,0

0,5

1,1

0,5

1,2

Зазор S2, мм

0,3

0,3

0,4

0,4

0,4

0,4

0,5

0,5

0,6

0,6

Примечание. А – для металлических моделей, Б – для деревянных. Деревянные модели и стержневые ящики окрашиваются для предупреждения загнивания дерева и уменьшения адгезии формовочных и стержневых смесей. Для каждого металла применяется своя расцветка модельного комплекта: модели для стальных отливок окрашиваются в синий цвет, а чугунных – в красный. Рабочие поверхности металлических моделей и стержневых ящиков не окрашиваются. 7. Литниковая система. Литниковая система представляет собой совокупность каналов, предназначенных для подвода металла к полости формы, а также для улавливания неметаллических включений, шлака и выхода газа, вытесняемого из рабочей полости при заполнении ее расплавом. Простейшая литниковая система состоит из следующих элементов: чаши, стояка, шлакоуловителя, питателя и выпоров. Стояк и выпор обычно имеет форму усеченного конуса с уклоном 3...5°; шлакоуловители и питатели в поперечном сечении имеют вид трапеции (рис. 9, 10): для питателей отношение высоты трапеции к большему основанию равно 0,5...0,6, а шлакоуловителей – 1,0...1,1. Разница между малым и большим основанием трапеции – 1...2 мм

21

(для создания формовочных уклонов). При формовке модель шлакоуловителя располагается в верхней полуформе, а питателя – в нижней с учетом возможности извлечения их из формы. Обычно при производстве чугунных отливок питатели подводятся к тонким необрабатываемым стенкам отливок. На рис. 9 дан общий вид литниковой системы для проектируемой формы на 4 отливки.

Рис. 11. Общий вид литниковой системы: 1 – чаша; 2 – стояк; 3 – шлакоуловитель; 4 – питатели; 5 – отливка

Расчет литниковой системы сводится к определению площади поперечных сечений элементов литниковой системы. Для приближенного расчета можно использовать следующее соотношение: Fn : Fшл : Fст = 1 : 1,1 : 1,15, где Fn, Fшл и Fст – соответственно площади поперечных сечений одного питателя, шлакоуловителя и стояка.

а) Fn = 0,84 см2 кол. = 4 шт. 2 n = 3,36 см

б) Fшл. = 3,72 см2 кол. = 1 шт.

в) Fст. = 3,90 см2 кол. = 1 шт.

г) Fвып. = 2,73 см2 кол. = 4 шт.

Рис. 12. Поперечное сечение элементов литниковой системы: а – питатель; б – шлакоуловитель; в – стояк; г – выпор

22

Fn = n Fn. Здесь n – число питателей, отходящих от одного шлакоуловителя, равное обычно числу отливок в форме; n = 4 для формы на рис. 13. Определяющим элементом является питатель, площадь поперечного сечения которого определяется по эмпирической формуле

Fn

С Q, см2,

где С – коэффициент, зависящий от преобладающей толщины стенок отливки (табл. 9); Q – масса отливки в кг. Таблица 9 Значение коэффициента «С» для отливок из серого чугуна Преобладающая толщина стенок отливки, мм

Коэффициент «С»

до 6

0,9

Св. 6 до 8

0,80

Св. 8 до 15

0,65

Св. 15 до 30

0,55

Св. 30

0,50

Масса отливки определяется по массе детали с прибавлением 5...15% на массу стружки, снимаемой при механической обработке. Рекомендуется увеличивать массу отливки на 5% в первом варианте и на 10% – во втором варианте по сравнению с массой детали. При массе отливки 1,65 кг с преобладающей толщиной ее стенок 10 мм коэффициент «С» равен 0,65; площади поперечных сечений элементов литниковой системы будут равны: Fn = 0,65 1,65

0,84 см2;

Fшл = 0,84 4 1,1 3,72 см2; Fст = 0,84 4 1,15 3,90 см2. Площадь поперечного сечения выпора равна 0,6...0,8 сечения стояка. Fвып = (0,6...0,8)Fст; Fвып = 0,7 Fст 3,90 0,7 2,73 см2. При необходимости допускается местное расширение шлакоуловителя против расчетного значения в месте установки стояка (рис. 11).

23

Поперечное сечение элементов литниковой системы выполняют в масштабе (предпочтительно 1:1) сплошной линией с указанием размеров (рис. 12); сечения не штрихуются. 8. Расположение отливок в форме. Расположение отливок (либо отпечатков моделей) в форме удобно изобразить в плане. Обычно с целью повышения производительности труда одновременно в форме располагаются несколько отливок (в данной работе рекомендуется: для I варианта – 4 отливки; для II варианта – 2 отливки). Размеры форм, а следовательно и опок, подбираются с учетом количества и размеров отливок и допустимых расстояний между отливками и стенками опок. Размеры опок выбираются по ГОСТу 2133-75 (табл. 10); произвольные размеры опок не допускаются. Таблица 10 Размеры прямоугольных опок Длина опоки, мм

250

300

300

+

+

260

+

+

+

400

+

+

+

+

450

+

+

+

+

+

500

+

+

+

+

+

+

560

+

+

+

+

+

+

+

600

+

+

+

+

+

+

+

+

630

+

+

+

+

+

+

+

+

+

710

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

750

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

800

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

900

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Ширина опоки, мм 350

400

450

500

560

600

630

710

750

800

Примечание: рекомендуемые размеры отмечены знаком «+». Помимо расположения отливок в плане следует указать также расположение элементов литниковой системы. При выборе размеров опок учитываются следующие рекомендации: расстояние от стенок опок до модели или шлакоуловителя, расстояние между отливками, а

24

также между отливками и шлакоуловителями должно быть не менее 30 мм и не более 60 мм. Примерная схема расположения отливок приведена на рис. 11. Расположение элементов в литейной форме определяется размерными цепями по длине и ширине опоки. Все размеры в форме (рис. 11 и 10) являются справочными и приводятся без указания предельных отклонений.

Рис. 13. Расположение отливок (моделей) в нижней полуформе

9. Разрез (сечение) литейной формы. Разрез литейной формы (рис. 14) обычно производится через центральный стержень. Плоскость сечения указывается на плане формы. Опока по высоте должна быть не менее, чем на 50 мм выше полумоделей. Высота опок по ГОСТу 2133-75 изменяется через 25 мм (т.е. 50; 75; 100 мм и т.д.), а при высоте опоки свыше 200 мм – через 50 мм. Штриховка стержней и форм производится по ГОСТу 2.423-73.

25

Рис. 14. Сечение литейной формы: 1 – шлакоуловитель; 2 – стояк; 3 – литниковая чаша; 4 – питатель; 5 – вентиляционный канал формы; 6 – стержень; 7 – выпор; 8 – верхняя полуформа; 9 – скоба; 10 – полость формы; 11 – нижняя полуформа; 12 – конвейерная плита

10. Содержание работы. Для разработки технологии изготовления отливки студенту выдается учебная деталь. Для каждой детали предусмотрено два варианта: I – относится к крупносерийному производству с изготовлением отливок по 8 классу точности размеров отливки, т.е. с использованием металлической модели; вариант II соответствует мелкосерийному производству с изготовлением отливок по 10 классу точности размеров отливки, с использованием деревянной модели. Все отливки изготавливаются из серого чугуна. Графическое оформление работы выполняется карандашом на ватмане или миллиметровке. Рекомендуется использовать форматы А4 и А3 (для расположения отливок в форме), масштабы чертежей 1:1 или 1:2. Студент должен выполнить: – чертеж детали;

26

– чертеж модельно-литейных указаний; – чертеж отливки; – чертеж стержня; – чертеж модели; – чертеж сечений элементов литниковой системы; – чертеж расположения отливок в форме (план); – чертеж сечения литейной формы. В заключение выполняется карта типового технологического процесса литья (стр. 28), и рассчитывается коэффициент выхода годного металла при изготовлении отливок. 11. Определение коэффициента выхода годного металла при изготовлении отливок. Выход годного металла характеризует степень совершенства применяемого литейного процесса с позиции безотходности технологии и экономии материальных затрат. Коэффициент выхода годного металла при изготовлении отливок KМ определяется по формуле: Qотл. KM 100%, Qмш. где Qмш. – масса металла, залитого в форму (масса шихты); Qотл. – масса годных отливок, полученных из расплавляемой шихты. В литейном производстве можно выделить две группы потерь металла: безвозвратные и возвратные. К безвозвратным потерям относятся: – химический угар и уход окислов металла в шлак (1...3% от массы отливок); – уход металла в шлак в виде мелких частиц (1...3%); – потеря металла с формовочной смесью (1...2%). К возвратным потерям металла, которые идут на переплавку, относятся: – остатки жидкого металла в ковшах после заливки форм и извлекаемые из формовочной смеси частицы (3...5%) от массы металла; – элементы литниковой системы (для отливок из серого чугуна 15...25%); – бракованные отливки (4...6%). В среднем масса возвращаемого металла при производстве чугунных отливок в песчаных литейных формах составляет 30% от массы годных отливок.

27

При расчете коэффициента выхода годного металла в настоящей работе принимаем, что безвозвратные потери Qп равняются в среднем 4%, брак отливок Qбр – 5%, остатки металла в ковшах и извлекаемые из смеси мелкие частицы металла Qост – 3%. Масса элементов литниковой системы Qлс рассчитывается по формуле: Qлс = м Vi, где м – плотность металла (для чугуна м = 7,1 г/см3); Vi – объем отдельных элементов литниковой системы (чаши, стояка, шлакоуловителя, питателей, выпоров): Vr, Vст, Vшл, Vпит, Vвып. Расчет объема элементов литниковой системы производится приближено: конусность элементов не учитывается, масса литниковой чаши Qr принимается равной массе стояка Qст; площадь поперечного сечения выпора будет равна половине площади поперечного сечения стояка. Итак, величину KМ можно определить по формуле: Qотл 100%. Qотл Qлс Qбр Qост Qл Пример расчета Км приведен для отливки, показанной на рис.2 n

Qотл = n

Qдет, Qдет = 1,65 кг,

1

где – коэффициент, учитывающий припуски на механическую обработку детали, формовочные уклоны, галтели: для первого варианта = 1,05; для второго варианта = 1,1; n – количество отливок в форме; n = 4. 4

Qотл = 4 1,05 1,65 = 6,93 кг;

1

Qлс = м (Vст + Vr + Vшл + 4Vпит + 4Vвып) = = 7,1 (7,5 3,9 + 7,5 3,9 + 22 3,72 + 4 4,5 0,84 + 4 0,5 7,5 3,9) = = 7,1 214 = 1520 г = 1,52 кг. Соответственно подсчитываем: Qбр = 0,35 кг; Qост = 0,21 кг; Qп = 0,28 кг; 6,93 6,93 k 74,6%. 6,93 1,52 0,35 0,21 0,28 9,29

28

Таким образом, коэффициент выхода металла в данном случае составляет 74,6%, что примерно соответствует его среднему значению для чугунного литья. 10. Карта типового технологического процесса литья в песчаные формы. ГОСТ 3.1401-74 Форма 1 Подпись и дата

Инв. № подл.

Наименование предприятия

Номер

Взам. инв. №

Инв. №

Подпись и дата

КТТП (Карта типового технологического процесса литья)

Наименование и содержание операции

По ГОСТ 3.1103-74

(Код детали)

. 5021....00002

(Наименование Литера детали) ПриспособлеОборудования, инструмент ние (код, на(код, наименоименование) вание)

Особые указания

цеха

опе рации

1

1

Изготовление модельно-опочного комплекта

2

2

Приготовление формовочных и стержневых смесей

3

3

Изготовление стержней

3

4

Изготовление и сборка форм

4

5

Плавка чугуна

Вагранка Q=4т Ковш Q=0,2т

Шихта №2

4

6

Заливка форм чугуном

Конвейер

Тзал=1350°С

4

7

Охлаждение форм

5

8

Выбивка отливки из формы

Выбивные решетки

6

9

Обрубка литников и выбивка стержней

Обруб. станки

6

10

Очистка отливки

Голтовочный барабан Мод. 06-900

6

11

Термообработка

Термопечи

Термопары

Контроль по ТУ

6

12

Контроль качества, грунтовка и окраска

Разбраковочный стол

Измерительные приборы, твердомер

Контроль по ТУ

Металлообрабатывающие станки Бегуны мод. 116М Стержневая машина Формовочная машина, конвейер

Усадочный метр Режущий инструмент Дозаторы

Класс точности отливки 8 Контроль по ТУ

Стержневой ящик

Контроль по ТУ

Подъемник

Груз 20 кг

Подъемник

=30 мин

Зубило, молоток Контроль по ТУ

29

11. Порядок выполнения работы. Основные этапы работы 1. Разработка чертежа детали с элементами литейной технологии 1.1. Выбор плоскости разъема 1.2. Назначение припусков на механическую обработку 1.3. Нанесение формовочных уклонов 1.4. Нанесение контуров стержня и знаковых частей стержня 1.5. Нанесение знаковых частей модели 2. Разработка чертежа отливки 2.1. Обозначение пл. разъема 2.2. Назначение литейных уклонов 2.3. Назначение литейных радиусов 3. Разработка чертежа стержня 3.1. Обозначение контурной части стержня (используя чертеж модельно-литейных указаний) 3.2. Обозначение знаковых частей стержня 4. Разработка чертежа модели 4.1. Выбор материала модели 4.2. Назначение размеров модели с учетом усадки и припуска 4.3. Конструкция, размеры знаковых частей модели 5. Разработка конструкции элементов литниковой системы 6. Разработка чертежа формы в плане 7. Вычерчивание сечения литейной формы в сборе 8. Составление технологической карты процесса изготовления отливки 9. Подсчет экономических показателей разработанного процесса 9.1. Определение коэффициента использования металла

Справочный материал рисунки таблицы страницы рис. 3

стр. 7 стр. 7 табл. 1, 2 стр. 10, 11

рис. 6,7 рис. 8 рис. 8 рис. 4 рис. 3 рис. 6, 7 рис. 5 рис. 9

табл. 3 табл. 4, 5, 6

стр. 12 стр. 12 стр. 13 стр. 13

табл. 3

стр. 15 стр. 14 стр. 16

рис. 3,9 рис. 8 рис. 10

табл. 4, 5 табл. 7

стр. 18 стр. 19

рис. 10

стр. 18

рис. 8,10 табл. 8

стр. 20

рис. 11, 12 рис. 13 рис. 14

табл. 9

стр. 21

табл. 10

стр. 24 стр. 25 стр. 28 стр. 26, 27 стр. 26

Контрольные вопросы 1. В чем сущность литья в разовые песчаные литейные формы? 2. Каковы требования к свойствам формовочных смесей? 3. В чем различие между чертежами детали, отливки и модели? 4. Для чего нужна плоскость разъема формы? Как ее выбирают и какова ее роль в литейной технологии?

30

5. Для чего назначаются припуски на механическую обработку? 6. Для чего назначаются литейные уклоны? 7. Какие существуют модели, их назначение и конструкция? 8. Для чего назначаются литниковые системы, каков их расчет? 9. Для чего назначаются стержни, какова их конструкция? 10. Какие существуют конструкции литейной формы? 11. Какие требования предъявляются к формовочным и стержневым смесям, каков их состав? 12. Каковы правила выполнения чертежей элементов литейной формы и отливки? Список литературы 1. Технология конструкционных материалов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, А.Ф. Вязов [и др.]. – М.: Машиностроение, 2005. 2. ГОСТ 2.423-73. Правила выполнения чертежей элементов литейной формы и отливки. 3. ГОСТ 26645-85. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку. 4. ГОСТ 3212-80. Модели и стержневые ящики литейные. Уклоны формовочные. 5. ГОСТ 3606-80. Модели и стержневые ящики литейные. Стержневые знаки. 6. ГОСТ 2133-75. Опоки литейные. Классификация и основные размеры.

31

ПРИЛОЖЕНИЕ

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

Учебное издание

ПРИХОДЬКО Вячеслав Михайлович АЛЕКСАНДРОВ Виктор Дмитриевич КУДРЯШОВ Борис Александрович МАСЛАКОВА Любовь Петровна ФАТЮХИН Дмитрий Сергеевич ЯНДУЛОВА Ольга Викторовна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНЫХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМАХ (НА ПРИМЕРЕ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА) МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

Редактор М.Н. Бугольц

Подписано в печать 24.05.2016 г. Формат 60×84/16. Усл. печ. л. 3,75. Тираж 150 экз. Заказ . Цена 125 руб. МАДИ, 125319, Москва, Ленинградский пр-т, 64.