Расчет литниковой системы для сплава ак12м2

- площадь поверхности  охлаждения этого узла.

-объем теплового узла  отливки.

Для алюминия коэффициент объемной усадки: b = 0,06.

 

y=

 

Коэффициент Z = 1 для песчаной формы.

Объем формы, приходящийся на прибыль

 

Vф = Vотл * (1+3∙ ) = 12101,91*(1+3*0,02) =12828,02 см3( – коэффициент линейной усадки).

 Или = 1546463 мм , т.к. прибыли 3, то =1546463/3=515487,65 мм³

Такой будет объем одной прибыли с уклоном в 3º.

Dпр=84 мм

Нпр.=107 мм

Значит, V (цилиндра)=π*H*R=(π*107*42)-3º (уклон)= 592969 мм³ -3º= 515487 мм³

 

Масса отливок вместе с прибылью:

М=Vпрρ+Мотл= 1546,46295*2,7+32661,84=4175,5г+32661,84г=36,83кг

 

11. Определение класса точности и допусков размеров модельных комплектов.

Допуски размеров модельных комплектов взаимосвязаны с допусками размеров отливок по ГОСТ26645-85 :

Класс точности отливок по ГОСТ26645-85 :  10

Класс точности модельного комплекта по ГОСТ3212-92: 5

 

Обозначение точности модельного комплекта:

Точность МК8 – дерево ГОСТ3212-92;

 

12. Выбор типа литниковой системы и расчет ее элементов.

Литниково-питающая система – это система каналов и элементов литейной формы, предназначенная для подвода металла к полости формы, ее заполнения и питания отливки во время затвердевания. Первые две задачи выполняются литниковой системой и третья – прибылями, необходимыми для предотвращения образования в отливках усадочных раковин.

Для нашей отливки будем использовать цилиндрические прибыли.

Расчет элементов литниковой системы

Для изготовления отливки применяем расширяющуюся литниковую систему, для которой характерно увеличение площадей поперечных сечений стояка, шлакоуловителя и питателей. Линейная скорость потока от стояка к питателям последовательно снижается, металл посупает в полость формы более спокойно с меньшим разбрызгиванием, окислением и размыванием стенок формы.

 

Соотношение площадей поперечных сечений элементов литниковой системы для алюминия:

Fст : Fшл : = 1:3:3

 

Определение величины напора.

 

= Нст Н1

Н1 – высота от верхней кромки верхней опоки до уровня металла в поворотном ковше

(Н1 = 0,3м)

P – расстояние от горизонтальной оси питателей до верха отливки. (Р=0,22 м)

Нст  – начальный напор или высота стояка (Нст = 0,35 м)

С – высота отливки (С=0,22 м)

= 0,35 –  + 0,3 = 0,54 м.

 

Расчет продолжительности заполнения формы

Продолжительность времени затвердевания формы исчисляется от начала выхода металла из питателей и до подхода его к потолку рабочей полости формы. Для устранения дефектов, которые могут появиться в отливках в виде недоливов, неслитен, ужимин и засоров, возникающих в результате длительного теплового воздействия расплава на стенки формы, необходимо более быстрое заполнение формы.

, где

-  время заполнения  полости формы, с;

S – коэффициент, учитывающий род сплава, тип литейной формы, конструкцию литниковой системы, величина безразмерная, экспериментальная; S = 2,2

М – масса отливки с прибылями, кг; М = 36.83 кг.

 преобладающая толщина  стенки отливки, мм. = 25 мм

= 20,56 сек

Расчет сечения самого узкого места литниковой системы

 

 

        3. Расчет площадей шлакоуловителя  и питателей литниковой системы.

 Поперечное сечение коллектора и питателей рассчитываем согласно следующим соотношениям. Для сплавов на алюминиевой основе соотношение площадей поперечных сечений стояка, шлакоуловителя и питателей расширяющейся литниковой системы принимаем:

 Fст : Fк : =1:3:3

 

           • Размеры стояка:

Fст = 1∙Fуз. = 1∙6,32 = 6,32 см2

Верхний диаметр стояка:

Нижний диаметр стояка:

           • Литниковая воронка

Нижний диаметр воронки:

Высота воронки:

Верхний диаметр воронки:

            • Размеры коллектора:

Fк = 3∙Fуз /2= 3*6,32/2=9,5 см2

Ширина основания:

Ширина вершины:     вв = 0,8∙вн =0,8∙2,7=2,3 см

Высота коллектора:    hк = 1,4∙вн = 1,4∙2,7=3,8 см

           • Размеры питателя:

∑Fпит = 3∙Fуз = 3*6,32=19 см2

Толщина питателя:

dпит. =0,7∙вотл = 0,7·4 = 2,8 см.

Но не удовлетворяет условию dпит≤1/5 hк, поэтому  dпит=1,5

вотл –толщина стенки отливки в месте сочленения

∑впит =∑ Fпит/dпит.=

Ширина одного питателя:

впит = =

Длина питателей:

• lпит=0,8∙hк= 0,8∙3,85 = 3 см

 

 

3.2 Разработка технологии изготовления разовых песчаных форм.

Состав и характеристика смеси.

 

Наименование и назначение смеси	Характеристика смеси					Состав смеси, %
	Зерновой состав	Содержание глинистой составляющей, %	Газопроницаемость	Прочность на сжатие в сыром состоянии, кг/см²	Влажность,  %	Отработанная смесь	Кварцевый песок	Глина	Сульфитно-спиртовя барда
Облицовочная при весе отливок до 100 кг.	016А 02Б 02А	8-10	80-100	0,30-0,50	3,5-4,0	80-40	16,5-53,0	3-6,5	До 0,5
Единая при весе отливок до 100 кг.	016А 02Б 02А	8-10	80-100	0,30-0,50	3,5-4,5	92-90	6,5-8	___	0,5-1,0

 

К литниковой воронке предъявляются выше требования, чем к формовочной смеси, поэтому ее изготовляем из ХТС.

Формовочные смеси состоят из огнеупорной основы- кварцевого песка, связующего материала и специальных добавок. Связующие материалы, вводимые в смесь, сообщают форме или стержню надлежащую прочность, а специальные добавки придают им особые свойства (податливость, непригораемость и т.п.). Формовочные пески состоят в основном из минерала кварца, имеющего плотность 2,5-2,8 г/см³., твердость 7 и температуру плавления 1713ºС.

Подготовка исходных материалов:

Исходные формовочные материалы, применяемые в качестве компонентов смесей, перед использованием подвергают соответствующей подготовке. Формовочный песок сушат, а затем просеивают.

Температуру сушки определяют исходя из содержания в песке глинистой составляющей. Для песков, в которых содержание глинистых составляющих более 10%, температура сушки не должна превышать 250-300 ºС. Пески с меньшим содержанием глинистой составляющей сушат при температуре 500 ºС. Сушку песков осуществляют в горизонтальных барабанных сушилах.

Просеивание песка с целью отделения спекшихся комочков и мелких камней производят в вибрационных установках, имеющих размеры ячеек 3-5 мм.

Формовочную глину используют в сухом молотом состоянии или в виде водной суспензии. Подготовка глины заключается в следующем. Комовую глину сначала подвергают сушке в барабанных сушилках. Температура сушки обычной глины не должна превышать 200-250ºС, а бентонитовой 15-180ºС. При более высоких температурах глина будет терять свою связующую способность. Дробление и размол глины обычно производят в две стадии: грубое и тонкое дробление. Для тонкого дробления используют шаровые мельницы. В барабан вместе со стальными шарами загружают глину, которая прошла стадию грубого дробления. Во время движения барабана шары размалывают глину, которая, проходя через решетчатые стенки, выходит наружу через разгрузочное окно. Глина, не прошедшая через решетчатые стенки барабана,  специальными лопастями повторно направляется в барабан для дробления.

Глинистую суспензию приготовляют следующим образом. Сначала комовую глину замачивают в баках с водой в соотношениях по массе 1:2 - для обычных и 1:4 – для бентонитовых глин. После истечения срока, достаточного для разбухания глины, ее размешивают в лопастном смесителе до получения однородной суспензии плотностью1,2-1,3 г/см³. Преимуществом использования глинистой суспензии является устранение операций сушки и размалывания, сопровождающихся обильным пылевыделением.

Температура нагрева не должна превышать 90ºС, так как при более высокой температуре частично теряется ее связующая способность. Плотность полученной после охлаждения жидкости должна составлять 103 кг/м³.

Помимо рассмотренных выше основных компонентов смесей (песка и глины) и способов их подготовки, в качестве основного компонента смесей широко используются также оборотная смесь и регенерированный песок. Оборотную смесь получают из отработанной песчано-глинистой смеси, а регенерированный песок-из отработанных формовочных и стрежневых смесей.

Единые смеси применяют, главным образом, при изготовлении мелких и средних форм в условиях механизированного производства. Они должны обладать высокими свойствами, потому что соприкасаются с жидким металлом.

Приготовление смеси:

1. Сушка материалов. Производится в горизонтальной барабанной печи.
2. Дробление материалов. Производится в шаровой мельнице.
3. Просеивание материалов. Производится на барабанных конических ситах.
4. Магнитная сепарация отработанной смеси.
5. Регенерация смеси.
6. Смешивание компонентов формовочной смеси. С этой целью используются бегуны, в которые компоненты смеси вводятся в порядке: отработанная смесь+песок+глина в порошке или в виде эмульсии. Вода подается в процессе перемешивания.
7. Разрыхление смеси в аэраторе.

 

3.3 Изготовление  модельного комплекта.

 

Используется деревянные модели.

Их лучше изготавливать не из целого куска, а склеивать из отдельных брусочков с разным направлением волокон  для предотвращения коробления.

Достоинствами деревянных моделей являются дешевизна, простота изготовления, малый вес. К недостаткам следует отнести недолговечность, гигроскопичность, возможность коробления, неоднородность строения. Для устранения коробления модели покрывают красками и лаками. Окраску проводят в соответствии с ГОСТ 2413. Для цветного литья используется краска желтого цвета. Стержневые знаки и другие, не соприкасающиеся с металлом части окрашивают в черный цвет.

Модельные комплекты изготовляют по рабочим чертежам литых деталей.

 

3.4 Разработка  технологии выплавки сплава

3.4.1 Выбор плавильного  агрегата.

Футеровка индукционных тигельных печей для плавки алюминиевых сплавов выполняется набивкой из жаропрочных бетонов. Бетоны содержат вяжущие вещества и приобретают прочность в результате воздушного твердения. Бетон на жидком стекле имеет следующий состав, %: 29- тонкомолотый магнезит, 25 – шамотная крошка размером 0,1-0,5 мм, 30- шамотная крошка размером 5-10 мм, 1,2- кремнефористый натрий, 15-жидкое стекло. Высокую прочность жаростойкий бетон приобретает при температурах несколько выше 880ºС.

Загрузку шихтовых материалов в следующей последовательности: чушковый алюминий, возврат производства. Максимально допустимый нагрев 840-860ºС.

Так как алюминий имеет особенность насыщаться водородом, то нежелательно введение в шихту стружек, опилок, обрези. 
Для уменьшения количества водорода требуется проводить дегазацию расплава продувкой аргоном.

Нерастворимые примеси лучше всего удалять рафинированием путем фильтрования.

Для плавки выбрана индукционная тигельная печь ИАТ-1 на основании следующих соображений:

- высокая производительность, достигаемая большим значениям  удельной мощности

- интенсивная циркуляция  расплава в тигле, обеспечивающая  выравнивание температуры по  объему ванны и получение однородных  по химическому составу сплавов

-возможность быстрого  перехода с выплавки сплава  одной марки на другую

- возможность ведения  плавки при любом давлении  и в любой атмосфере

-простота и  удобство  в обслуживании печи, управления  и регулирования процесса плавки, широкие возможности для механизации  и автоматизации загрузки шихты  и разливки металла, хорошие санитарно-гигиенические  условия.

К недостаткам следует отнести невысокую стойкость футеровки тигля и относительно низкую температуру металла на поверхности жидкой ванны, которая не позволяет эффективно использовать флюсы для металлургической обработки сплавов.

 

 

3.4.2 Выбор шихтовых материалов  и расчет шихты.

Марка сплава АК12М2. Химический состав по ГОСТ 1583-93.

Массовая доля, %
Основных компонентов					Примесей, не более
АК12М2	Si	Cu	Fe	Al	Mn	Mg	Zn	Ni	Pb	Sn	Ti
	11-13	1,8-2,5	0,6-1,0	основа	0,5	0,20	0,8	0,3	0,15	0,1	0,20