Анализ чертежа детали и выбор методики литья

Анализ чертежа детали и выбор методики литья

 

Отливка «Кулачок» является достаточно простой по геометрии и по характеру заполнения. Отверстия размером 12×12 мм можно получить без применения стержня.

Серийность детали равна 15000 штук/год, материал ЖС6У, шероховатость Rz 25. Исходя из этого, используем метод литья по выплавляемым моделям (ЛВМ). Он является наиболее целесообразным по сравнению с методом литья в песчано-глинистые формы, при котором не удалось бы достичь требуемой шероховатости поверхности.

 

 

Краткое описание технологии процесса

 

     Современный  процесс изготовления отливок  по выплавляемым моделям состоит  в следующем. После окончания  работ по подготовке материалов  в пресс-формах изготавливают  модели отливок и ЛПС, для  чего используют легкоплавкие воскообразные материалы, составы на основе смол и пластмасс, сплавы солей. Модели соединяются в блок, после чего на них слоями наносят суспензию из связующего раствора пылевидного огнеупорного материала. Слои суспензии для их упрочнения и лучшей взаимной связи обсыпают зернистым огнеупорным материалом, а затем сушат. Из полученной многослойной формы выплавлением, растворением или выжиганием удаляют модельный состав. Освобожденные от модельного состава оболочки сушат, прокаливают и заливают металлом. Залитые блоки очищают от оболочки, удаляют стержни, обрезают и зачищают отливки. Далее отливки подвергаются контролю (отливки с мелкими дефектами подвергают исправлению), термической обработке и после определения механических и эксплуатационных свойств на образцах-свидетелях отливки проходят окончательный контроль и передаются в цех механической обработки.

Разработка чертежа отливки

 

На основании анализа  чертежа детали определяются припуски на механическую обработку, базы для  механической обработки, формовочные уклоны.

Исходные данные:

Материал – сталь 40ХЛ;

Наибольший габаритный размер = 64 мм;

Масса = 0,151 кг;

Сложность отливки – простая;

Способ литья –  литье по выплавляемым моделям с  применением электрокорундовых огнеупорных материалов.

Параметры точности отливки и припуски на механическую обработку

       

Назначение точностных параметров отливки и соответствующих им допусков и припусков проводились  в следующем порядке:

• По ГОСТ Р 53464-2009 из таблицы 9 для заданного технологического процесса, габаритного размера 64 мм и сплава 40ХЛ, подвергаемого термической обработке, находим интервал классов точности размеров КР 5-9. Согласно примечанию принимаем КР 6.

 

• По ГОСТ Р 53464-2009 из таблицы 11 для заданного технологического процесса, габаритного размера 64 мм и сплава 40ХЛ, подвергаемого термообработке, находим интервал степеней точности поверхности 5-10. С учетом примечания принимаем СП 6.
• По ГОСТ Р 53464-2009 из таблицы 13 для заданного технологического процесса, номинальной массы 0,15 кг и материала 40ХЛ с предусмотренной термической обработкой находим интервал классов точности массы, равной 4-11т. С учетом примечания принимаем КМ 4.
• Для обрабатываемых поверхностей необходимо определить ряд припуска РП. По таблице 14 находим для степени точности поверхности СП 6 интервал ряда припусков 1-4, с учётом примечания принимаем РП 2.

Точность отливки 6-0-6-4 ГОСТ Р 53464-2009.

Определение припусков  производим для одной обрабатываемой поверхности.

 

 

Таблица 1. Определение общих припусков  на механическую обработку поверхности отливки

 

Параметр	Значение параметра  для обрабатываемых поверхностей
Номинальный размер Nн от базы до обрабатываемой поверхности, мм	Ø18
Вид размера ВР	1
Класс точности  размера КР	6
Допуск размера,  Т0, мм	0,5(0,25)
Общий припуск на  обработку Zобщ	0,5
Вид механической  обработки	Получистовая
Размер в пресс-форме, мм	17,93

Выбор литниково-питающих систем

 

     Литниково-питающая система (ЛПС) при литье по выплавляемым моделям предназначена для заполнения полости формы расплавом оптимальной скоростью, исключающей образование в отливке недоливов и неметаллических включений, питания затвердевающей отливки, компенсации объемной усадки в период затвердевания отливки с получением в ней металла заданной плотности, а также является конструкцией, на которую собираются модели. При разработке ЛПС следует учитывать условия получения качественных отливок и необходимость обеспечения механической прочности элементов конструкции, а также технологичность блока на всех операциях процесса: при изготовлении модели, изготовлении оболочки и отрезке отливки. При этом необходимо стремиться к созданию по возможности компактных ЛПС.

     При выборе  ЛПС необходимо:

• обеспечить принцип направленного затвердевания от наиболее тонких частей отливки через ее массивные узлы к прибыли, которая заполняется жидким металлом в последнюю очередь;
• ориентировать тонкие кромки в форме вертикально, т.е. обеспечить благоприятное их заполнение;
• создавать условия для экономичного и механизированного производства отливок, т.е. унификация ЛПС и   их  элементов с учетом  эффективного  использования   оснастки, имеющегося   технологического   оборудования,   печей;   возможность применения модельных блоков и форм с металлическими каркасами; удобство выполнения и минимальный объем механической обработки при отрезке отливок и последующем изготовлении из них деталей.

ЛПС при литье  по выплавляемым моделям строят из известных традиционных элементов: литниковых воронок, стояков, зумпфов и литниковых ходов, прибылей и коллекторов. Благодаря характерной для литья по выплавляемым моделям неразъемной форме указанные конструктивные элементы удается расположить наиболее эффективно, максимально используя объем формы. ЛПС, применяемые в современном производстве отливок методом литья по выплавляемым моделям, целесообразно разделить на восемь типов (таблица 2).

Таблица 2. –  Типы литниковых систем для литья  по выплавляемым моделям

Тип	Питающий элемент	Характеристика прибыли
I	Центральный стояк	Коллективная
II	Горизонтальный коллектор	Коллективная
III	Вертикальный коллектор	Коллективная
IV	Вертикальный коллектор, заполняемый снизу	Коллективная
V	Боковая прибыль	Индивидуальная
VI	Верхняя прибыль	Индивидуальная
VII	Местная прибыль и  коллектор	Расчленённая
VIII	Система местных прибылей	Расчленённая

 

 В нашем случае выберем  ЛПС с центральным стояком. ЛС этого типа представляют собой стояк компактного сечения, непосредственно к которому с разных сторон присоединяются небольшие отливки с одним-двумя индивидуальными питателями. Центральный стояк является одновременно и литниковым ходом и коллективной прибылью, а питатели соответственно играют и роль шеек прибыли. Центральное расположение стояка обуславливает его замедленное затвердевание и, следовательно, обеспечивает направленное затвердевание отливок. Зумпф в нижней части стояка смягчает отрицательное действие механического и теплового ударов, имеющих место в начальный момент заливки. Стояк может быть круглого, треугольного, квадратного, шестиугольного сечений.

Расчет литниково-питающих систем

 

На производстве для определения исполняемых размеров литниковых систем используются в основном приближенные методы, сущность которых заключается в следующем: отливку совместно с ЛС рассматривают как состоящую из конечного числа конструктивных элементов простой геометрической формы: стенок, брусьев, цилиндров и т.д. Инженерная задача сводится к тому, чтобы минуя исследование процесса образования усадочных дефектов, принципиально оценить последовательность затвердевания конструктивных элементов, расположить их в соответствии с принципом направленного затвердевания и, в конечном счете, вывести усадочную раковину и рыхлоту в прибыль. На основании обобщения многочисленных экспериментальных данных и результатов деятельности литейных цехов получены эмпирические зависимости, которые и легли в основу разработанных методов расчета размеров ЛС.

Метод вписанных сфер

В методе вписанных сфер условно принимается, что диаметр  сферы D_у, вписанной в тело отливки или ее массивный узел, отражает относительную продолжительность затвердевания на рассматриваемом участке. Принцип направленного затвердевания считается выдержанным, если диаметр вписанной сферы постепенно увеличивается в направлении от торцевой части отливки к прибыли. Другими словами, для обеспечения плотного металла в отливке необходимо, чтобы на любом n-ом участке тела отливки и ЛПС соблюдалось условие:

D_n-1 < D_n< D_n+1,

где D_n-1, D_n, D_n+1 – диаметры вписанных сфер на рассматриваемых участках соответственно n - ом, прилежащих к n -ому со стороны торца отливки и со стороны прибыли.

Расчет ЛПС по диаметрам  вписанных сфер применительно к  литью по выплавляемым моделям разработал Н.Н. Лященко.

Порядок расчета размеров ЛПС для отливок с одним тепловым узлом будет следующим:

- в отливке выбирается узел и определяется диаметр вписанной в него сферы ;

- по формулам, приведенным а табл. 3.6 [5], рассчитываются параметры питателей и стояка:

- толщина питателя:

- ширина питателя:

- длина питателя выбирается  конструктивно:

- ширина стояка (сечение  стояка квадратное):

 

Метод  Я. И. Шкленника позволяет рассчитывать литниково-питающие системы типов I и III и прибыли на отливках, заливаемых через литниковую систему типа IV.

Диаметр стояка

d_с =

,

где - эффективная приведенная толщина теплового узла отливки, - объем отливки, n – количество отливок в звене (горизонтальном уровне).

d_с =

Метод приведенных  толщин. Сущность метода, предложенного М.Л. Хенкиным, заключается в следующем: отливка и ЛС разбивается на отдельные элементы простой геометрической формы, для каждого из которых рассчитывается приведенная толщина или модуль охлаждения.

,

где - объем отливки или массивного узла, - поверхность охлаждения.

Часто используют также  понятие и приведенной  толщины  сечения отливки или элемента литниковой системы  , где площадь сечения отливки или ЛПС, Р – периметр сечения элемента отливки или ЛПС. Данное отношение допустимо брать в случае протяженных элементов, например, стояков, пера лопатки, а также коротких элементов, например шеек прибылей и питателей, у которых отсутствует отдача теплоты с торцевых сторон. Для обеспечения направленного затвердевания необходимо соблюсти условие непрерывного увеличения приведенной толщины от удаленных участков отливки и прибыли. ,  где , , - приведенные толщины рассматриваемых участков: соответственно n-го, прилегающих к нему со стороны более тонкой части отливки и со стороны прибыли.

Сечение стояка особенно при ЛПС с центральным стояком  определяют рациональным размещением  отливок. Предлагается брать стояки диаметром 25-65 мм. Тогда приведенная толщина стояка определяется как , где и - площадь сечения и периметр нормального сечения стояка.

Питатель рассчитывается по эмпирической формуле:

, где

- приведенная толщина сечения  питателя

К – коэффициент пропорциональности, значение которого обычно принимают  равным 11.

- приведенная толщина того  массивного узла отливки, куда подводится питатель.

- масса массивного узла отливки,  кг.

  - длина питателя (обычно ее  выбирают в пределах 0,004-0,008 м,  что достаточно для отрезки  отливки вулканитовым кругом).

Значения параметров обычно подставляют в формулы в метрах.

Затем определяют приведенную  толщину стояка по формуле:

- расстояние от верхнего  уровня литниковой воронки до  верхнего уровня отливки должно  быть не менее 60 мм.

-  при ЛПС с центральным  стояком обязательно должно выполняться условие R_c>R_y.