РАЗРАБОТАТЬ ТЕХНОЛОГИЮ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ

 

3 ВЫБОР И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ, ВЫБОР МОДЕЛЬНО-ОПОЧНОЙ ОСНАСТКИ

3.1 Описание выбора модельно-опочной оснастки

 

Комплект модельно-опочной  оснастки включает: модели и модельные  плиты, стержневые ящики, вентиляционные плиты, сушильные плиты для сушки  стержней, опоки, холодильники, штыри  и втулки для соединения опок и другой инструмент.

Плиты, на которых монтируют модель, называются модельными плитами. Каждая модельная плита состоит из плиты  и расположенных на ней моделей  отливок, литниковой системы, штырей и  т. д. Модели и модельные плиты изготавливают из дерева, металла или пластмассы. Материалами для металлических моделей и плит служат алюминиевые сплавы, чугун, сталь,

бронза и латунь [2].

Литейная форма состоит из 2-х  опок, размеры в свету

ГОСТ 15002 – 69 [8]:

а) верхняя  600×500×250мм (99 кг);

б) нижняя   600×500×250мм (99 кг).

Опока 0270 – 0004 ГОСТ 15002 – 69

Материал опок – чугун; категория опок (по массе) – машинная формовка

(все > 60 кг).

Минимальные внутренние размеры опок получаются, если к  габаритным размерами модели с литниковой системой прибавить некоторые расстояния а, б, в, г.

Расстояние (от тела отливки или модели до края опок)  для отливок средней сложности  составляет 50 – 75 мм. Расстояние (от модели до верхней плоскости формы) для отливок средней сложности составляет 75 – 100 мм. Расстояние (от модели до нижней плоскости) для отливок средней сложности  составляет 100 – 125 мм. Расстояние (расстояние между отливками) составляет 140 – 160 мм [9].

Для опок с размерами  в свету 600´500 мм выбираем модельные плиты 0280 - 0301 ГОСТ 20094 – 74 массой 94 кг, размерами 680×580×80 мм.

Для фиксирования опоки  на плите они снабжаются как минимум  двумя штырями: один круглый - центрирующий, второй квадратный - направляющий. Центрирующий штырь предохраняет опоку от смещений, а направляющий - от смещений относительно поперечной оси плиты.

Штырь центрирующий 0290 - 2504 ГОСТ 20122 - 74 [10]

Штырь направляющий 0290 - 2554 ГОСТ 20123 - 74 [11]

Соединяются опоки с  помощью втулок и штырей. Опоки  имеют ушки, предназначенные для  установки в них втулок - центрирующих и

направляющих.

Втулка центрирующая 0290 - 1053 ГОСТ 15019 - 69 [12]

Втулка направляющая 0293 - 1353 ГОСТ 15019 – 69 [13]

3.2 Выбор типа и конструкции литниковой системы, расчет ее элементов

 

Литниковой системой называют совокупность элементов литейной формы в виде каналов и полостей, предназначенных для плавного подвода  расплава в форму, её заполнения и питания отливок  в процессе затвердевания. Правильный выбор конструкции литниковой системы обеспечивает получение качественных отливок. Выбираем боковую литниковую систему простой конструкции. Так как отливка изготавливается из СЧ20, то используется заполненная литниковая система.

Расчет литниковой системы.

Определяем суммарную площадь поперечного сечения питателей по формуле:

 

                        , м                                        (3.1) 

 

где    G – масса отливки, кг;

ρ – плотность расплава (ρ ≈ 7200 кг/м³);

t – продолжительность заполнения формы, с;

μ – коэффициент расхода (μ = 0,75);

g – ускорение свободного падения (g ≈ 9,81 м/с²);

H_р – расчётный статический напор, м.

Тогда общий гидростатический напор будет равен:

 

                        , м ;                                                      (3.2)                                            

 

где  H – высота стояка от места подвода расплава в форму, м;

р – высота отливки над питателем, м;

С – высота отливки, м.

 

                   

 

Продолжительность заливки  определим по формуле:

                    

, с ;                                                      (3.3)

 

где S – коэффициент, зависящий от толщины стенки отливки.

В дальнейшем массу принимаем равной  36,942 кг (масса трёх отливок).

 

 с.

Т. о. получаем,

 

.

 

Площадь поперечного  сечения шлакоуловителей и стояка находим из следующего соотношения  для средних и мелких отливок [9]:

 

    ;                (3.4)

 

При массе 12,314 кг питателей должно быть 2 ‒ 3, примем 2.

Объем литниковой чаши V_ч определяем по формуле

 

         

,см³                                                                  (3.5)

где  G_с – расход металла через литниковую систему, кг/с.

 

, см³.

 

 

 

3.3 Расчёт груза для опок при заливке сплава

 

Вес груза, который устанавливается  на верхнюю полуформу

определим по формуле:

 

                      P = k γ F h + V_ст (γ – γ_ст) – Q_в.п.;                               (3.6)

 

где     k – коэффициент, учитывающий гидравлический удар металла;

γ – удельный вес жидкого металла, кН/м³;

F – площадь горизонтальной проекции отпечатка модели в верхней полуформе, ;

h – среднее расстояние от отливки в верхней полуформе до уровня расплава в литниковой чаше, м;

V_ст – объём стержня, м³;

γ _ст – удельный вес стержня, кН/м³;

Q_в.п. – вес верхней полуформы, кН.

 

Р = 1,4·72·0,091·0,14+0,0022·(72–18)–1,17=1,28+0,118–1,17 = 0,228 кН.

 

Вес опоки 99 кг, следовательно дополнительно нагружать форму не нужно [8].

 

 

 

4 ВЫБОР СОСТАВОВ ФОРМОВОЧНОЙ И СТЕРЖНЕВОЙ СМЕСИ, ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ

4.1 Состав и свойства формовочной смеси.

 

Для приготовления формовочной  смеси используются: оборотная формовочная  смесь из выбитых форм и просыпи (90 – 95 %), сухой кварцевый песок ГОСТ 2138 – 91 [14]: 2К₂О₂02 (5 – 10 %), глина формовочная бентонитовая порошкообразная марок П1Т1КА или П1Т1 ГОСТ 28177 – 89 [15] (1,2 – 2,5 %), уголь гранулированный (1,0 – 1,5 %), вода техническая (до требуемой влажности).

Формовочная смесь должна обладать физико-механическими свойствами в соответствии c таблицей 4.1.

 

Таблица 4.1 – Физико-механические свойства формовочной смеси

 

Наименование показателей	Обязательные значения
Прочность на сжатие сырого образца	от 40 до 60 МПа
Газопроницаемость	90 – 100 ед.
Уплотняемость	38 – 42 %
Содержание активного  бентонита	>4 ÷ >6 %
Потери при прокаливании	4,0 – 5,0 %
Влагосодержание	регулируется до получения  уплотняемости 38 – 42 %;
	примерно 4,0 – 5,0 %
Общее содержание мелочи	10 – 12 %

4.2 Оборудование для изготовления форм

 

Уплотнение полуформ будем производить на двух встряхивающее-прессовых машинах с амортизацией ударов. Для верхней полуформы выбрана машина без поворота полуформы 22112, для нижней машина с поворотом полуформ 22212 [17].

Таблица 4.2 – Техническая характеристика формовочных машин моделей 22212, 22112

 

Характеристики	22212	22112
Размеры опоки в свету, мм: длина ширина высота	600 500 250	600 500 250
Производительность, опок в час	100	140
Грузоподъемность, кг	400	400
Удельное давление прессования, кН	65	65
Число встряхиваний в  минуту	До 650	550-650
Масса, т	3	2,5
Габаритные размеры  машины, мм: длина ширина высота	2210 1200 2185	1380 820 1875

4.3 Состав и свойства стержневой смеси

 

Стержни в процессе заливки испытывают значительные термические напряжения, поэтому к стержневым смесям предъявляют более жесткие требования, чем к формовочным. Эти смеси должны иметь более высокие прочность в сухом состоянии, поверхностную прочность, огнеупорность, газопроницаемость и податливость, но меньшие гигроскопичность и газотворную способность. Технологические свойства стержневых смесей зависят от применяемых связующих и добавок.

В нашем случае будем  использовать смесь для изготовления стержней в нагреваемой оснастке, основу которых составляет сухой среднезернистый обогащенный кварцевый песок, на 100 массовых долей которого в типовом составе смеси используется (массовых долей): смола  KФ ‒ 90 – 1,40 – 2,35; катализатор КЧ ‒ 41  – 0,5 – 0,6; спирт изопропиловый – 0,15; стеарат кальция – 0,01 – 0,05; сурик железный марки А – 0,4 – 2,0. После приготовления смесь имеет следующие физико-механические свойства представлены в таблице 4.3

 

Таблица 4.3 – Физико-механические свойства стержневой смеси

 

Наименование показателей	Обязательные значения
Текучесть, %	60 – 65
Прочность при отверждении, МПа: в горячем состоянии в холодном состоянии	0,28 – 0,5 1,4 – 2,6
Газотворная способность, см³/г	15 – 20
Газопроницаемость, единиц	120 – 170
Осыпаемость, %		0,05 – 0,1

 

4.4 Изготовление стержней

 

Стержень будем изготавливать  на стержневой пескострельной машине с вертикальным разъёмом оснастки и электронагревом модели 4749А272 [17].

 

Таблица 4.4 – Техническая характеристика стержневой пескострельной машины модели 4748А1Э2

 

Размеры стержневого ящика в свету , мм: длина ширина высота	700 680 360
Наибольшая масса стержня ,кг	16
Производительность цикла, с	30
Мощность, кВ	4000
Расход сжатого воздуха ,м3/час	10,5
Масса, т	6,9
Габаритные размеры  машины, мм: длина ширина высота	3825 3480 2920

Пескострельные машины имеют ряд преимуществ перед  пескодувными:

а) степень уплотнения в них значительно выше и распределение ее по высоте ящика более равномерно;

б) расход воздуха примерно в 3 – 5 раз ниже;

в) меньше абразивное действие частиц смеси на стенки ящика;

г) пескострельные головки конструктивно проще по сравнению с пескодувным резервуаром из-за отсутствия механической ворошилки.

Истечение смеси из резервуара в стержневой ящик при этом методе

происходит мгновенно, напоминая выстрел. Истечение смеси из резервуара

происходит почти мгновенно  и составляет примерно 0,1 – 0,2 с. Связано это с наличием сужения потока в конической насадке на выходе из пескострельной головки и уплотнением смеси под действием сжатого воздуха с последующим выбросом непрерывно образующихся комков в стержневой ящик.

Процесс уплотнения смеси  пескострельным способом можно условно

разделить на два этапа. В течение первого этапа пескострельный резервуар практически служит питателем, причем питание стержневого ящика сопровождается некоторым уплотнением смеси. Истечение смеси через насадку начинается через 0,02 – 0,06 с после открытия клапана, когда давление сжатого воздуха над столбом смеси составляет лишь 40 – 60 кПа. Предварительное заполнение смесью стержневого ящика заканчивается до достижения максимального давления воздуха. Основным фактором, обеспечивающим требуемое уплотнение смеси, является перепад давлений в пескострельном резервуаре и стержневом ящике.

На втором этапе происходит окончательное уплотнение за счет выдавливания дополнительной порции смеси, которая, впрессовываясь из насадка, принимает форму кома, уплотняющего как лежащие ниже слои, так и боковые [2].

4.5 Сборка форм

 

Количество отливок  в форме – 3 штук.

Опоки установить на модельный  комплект: при формовке верхней полуформы – модель стояка, накладные стержни, отъемные элементы литниковой системы; при формовке нижней полуформы – накладные стержни.

Насыпается облицовочная смесь. Устанавливается наполнительная рамка, насыпаем, формуем.

На формовочной машине производится не менее 35 ударов. Твердость должна быть 70 – 90 единиц по твердомеру. Потом плавно опускаем шток пневмоподъемника, застропаем за цапфу. Плавно поднимаем опоку.

Поворачиваем нижнюю полуформу на  180º. Осматриваем качество отпечатков нижней полуформы. Проставляем стержни в соответствии с технологическим процессом на изготовление данной отливки.