Технология конструкционных материалов

Литье под давлением используют для массовом и крупносерийном производствах  отливок с минимальной толщиной стенок 0,8 мм, с высокой  точностью размеров и малой шероховатостью поверхности; без механической обработки или с минимальными припусками, что резко  
сокращает объем механической обработки отливок; с высокой производительностью отливок.

Недостатками литья под давлением  является – высокая стоимость  пресс-форм и оборудования; ограниченность габаритных размеров и массы отливок; наличие воздушной пористость в массивных частях отливок, снижающие прочность деталей, и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2Выбор рационального способа изготовления заготовки

Современные требования, предъявляемые к литым заготовкам деталей машин, характеризуются максимальным приближением отливок по форме и размерам к готовым деталям, экономией металла, применением прогрессивных методов литья. Однако следует иметь в виду, что технические требования, предъявляемые к литым деталям, могут быть обеспечены одинаково надежно различными способами литья. При выборе оптимального способа получения литых деталей необходимо проводить сравнительный анализ возможных вариантов рассматриваемых технологических процессов литья.

В качестве критериев сравнительного анализа способов литья принимают  технологические возможности способов (масса и габаритные размеры отливок, сложность и требования, предъявляемые к ним, масштаб производства и др.), возможность способов литья в обеспечении равномерной мелкозернистой структуры, более высоких механических свойств. Технологические возможности способов изготовления отливок приведены в таб. 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1. Технологические возможности  способов изготовления отливок.

Проанализировав табл.1 и опираясь на задание (материал сталь 40, габариты 100х100х25 мм), вес заготовки, массовость производства, для отливки

детали подходят следующие  способы литья: литье по выплавляемым моделям и литье в оболочковые формы, так как обеспечивают наименьшую механическую обработку, хорошее заполнение металлом всех полостей формы и имеющий довольно не дорогую себестоимость изготовления.

В связи с тем, что деталь имеет  малые габаритные размеры и в  связи с этим может изготавливаться  в серийном производстве, наиболее выгодно использовать литье по выплавляемым моделям.

 

1.3Технологический процесс изготовления заготовки литьем по выплавляемым моделям

Разовые выплавляемые модели изготавливают  в пресс-формах из модельных составов, состоящих из двух или более легкоплавких компонентов: парафина, стеарина, жирных кислот и др.

Модельный состав в пастообразном  состоянии запрессовывают в пресс-формы 1 (рис. 1, а). После его затвердевания пресс-форма раскрывается и модель 2 (рис. 1, б) выталкивается в ванну с холодной водой. Затем модели собирают в модельные блоки 3 (рис. 1, б) с общей литниковой системой. В один блок объединяют 2…100 моделей.

Для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям  используется жидкая формовочная смесь  –   керамическая суспензия, которая состоит из огнеупорных материалов.

В качестве огнеупорных  материалов используют пылевидный кварц, тонкоизмельченный шамот, электрокорунд  и другие материалы. Для обыспки  слоя суспензии применяется кварцевый  песок.

Огнеупорную суспезию приготавливают в специальных мешалках, в бак которых загружают, например, пылевидный кварц (65 … 75% от массы суспензии) и гидролизованный раствор этилсиликата (35 … 25%) и тщательной перемешивают до полного удаления пузырьков.

Формы по выплавляемым моделям изготавливают погружением модельного блока 3 в керамическую суспензиию 5, налитую в емкость 4 (рис. 1, в), с полседующей обсыпкой кварцевым песком 7 в специальной установке 6 (рис. 1, г). Затем модельные блоки сушат 2 …2,5 часа на воздухе или 20 … 40 минут  в среде аммиака. На модельный блок наносят четыре – шесть слове огнеупорного покрытия с последующей сушкой каждого слоя.

Модели из форм удаляют выплавлением в горячей воде. Для этого их погружают на несколько минут  в бак 8, наполненный водой 9, которая 

 

 

Рисунок 1 – Последовательность изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям.

 

устройством 10 (рис. 1, д) нагревается  до температуры 80 … 90 ^oC. При выдержке модельный состав расплавляется, всплывает на поверхность ванны, от куда переодически удаляется для нового использования. После извлечения из ванны облочки промываются водой и сушат в шкафах в течении 1,5 … 2 часа при температуре 200 ^oC.

Затем оболочки 12 ставят вертикально  в жаростойкой опоке 13, вокруг засыпают сухой кварцевый песок 14 и уплотняют его, после чего форму направляют в электрическую печь 11 (рис. 1, е), в которой ее прокаливают не менее 2 часов при температуре 900 … 950 ^oC. При прокалке частички связующего спекаются с частичками огнеупорного материала, влага испаряется, остатки модельного состава выгорают. Формы сразу же после прокалки, горячими, заливают расплавленным мееталлом 16 из ковша 15 (рис. 1, ж).

После охлаждения отливки форму  разрушают. Отливки на обрезных прессах  или другими способами отделяют от литников и для окончательной очистки в 45%-ный водный раствор едкого натра, нагретый до температуры 150 ^oC. После травления отливки промывают проточной водой, сушат, подвергают термической обработке термической обработке и контролю.

 

2 Технологический процесс изготовления детали

2.1 Способы изготовления детали

2.1.1 Точение

При точении заготовка совершает  главное  вращательное  движение, а инструмент-резец совершает  поступательное движение подачи. Операция точения предназначена для обработки  наружных и внутренних поверхностей вращения (цилиндрических, конических, фасонных); обработки плоских торцевых поверхностей; нарезание резьбы; обработки и получения круглых отверстий, ось которых совпадает с осью вращения заготовки. Обработка осуществляется на станках токарной группы. Токарные и токарно-винторезные станки предназначены для выполнения всех видов токарных работ в условиях единичного и мелкосерийного производства; токарно-карусельные станки для обработки крупных деталей большого диаметра и относительно малой высоты; токарно-револьверыне станки используются при обработке некрупных деталей с осевыми отверстиями в условиях крупносерийного и массового производства.

2.1.2 Фрезерование

При фрезеровании главным движением  является вращение инструмента  – фрезы, а заготовка, как правило, движется поступательно (движение подачи). Фрезерование предназначено для обработки различно ориентированных плоских поверхностей, пазов, уступов, а также фасонных поверхностей. Станки фрезерной группы делятся на консольно-фрезерные и продольно-фрезерные. Консольно-фрезерные станки являются более распространенными и предназначенны для обработки деталей малой и средней массы.  Столы этих станков, служащие для закрепления деталей, могут перемещаться в трех взаимно перпендикулярных направлениях.  
В зависемости от расположения оси вращения шпинделя, в которой крепится фреза, консольно-фрезерные станки могут быть горизонтально-фрезерными (ось шпинделя расположена горизонтально), вертикально-фрезерные (ось шпинделя расположена вертикально) и универсально-фрезерными (шпиндельную головку и крепежный стол можно устанавливать под различными углами).

Продольно-фрезерные станки предназначены  для обработки заготовок большой  массы и размеров типа станин, корпусов, рамных конструкций и т.д. Их крепежный стол может совершать поступательное движение только в одном горизонтальном направлении, а несколько фрезерных фрезерных головок, закреплены на специальных стойках и траверсе, могут перемещаться в вертикальном и горизонтальном направлениях. При этом каждая фрезерная головка имеет индивидуальный привод и коробку скоростей. Продольно-фрезерные станки обладают высокой жесткостью, что повышает точность обработки и позволяет работать на повышенных скоростях резания по сравнению с консольно-фрезерными станками. Кроме того, в условиях массвого производства тспользуются карусельно-фрезерные или барабанно-фрезерные станки, которые позволяют одновременно обрабатывать большую партию однотипных деталей.

2.1.3 Сверление

Сверление – это наиболее распространеный метод получения отверстий круглого сечения в сплошном материале. При сверлении главным движением является вращательное движение, а вспомогательным – поступательное движение подачи. При сверлении на большинстве сверлильных станков оба движения совершает режущий инструмент – сверло, а заготовка неподвижно закреплена на крепежном столе. При сверлении на токарных станках и на специальных станках для глубокого сверления сверлу сообщается только поступательное движение подачи, а заготовка совершает главное  
вращательное движение. К группе сверлильных станков относится вертикально-сверлильные, радиально-сверлильные и горизонтально-расточные.  Вертикально-сверлильные станки предназначены для сверления отверстий в относительно небольших по габаритам деталях, так как для сверления каждого нового отверстия даже одной и той же детали приходится производить переустановку и перезакрепление детали. Для сверления и обработки отверстий в крупоногабаритных и массивных деталях применяют радиально-сверлильные станки.

Сверление входит в группу способов обработки отверстий осевым инструментом. В нее также входят такие способы, как рассверливание (для изменения диаметра или формы части ранее просверленного отверстия); зенкерование и развертывание (для повышения точности и качества поверхности ранее просверленных отверстий).

2.1.4 Протягивание

Протягивание – это высокопроизводительный способ обработки внутренних и внешних  поверхностей многолезвийным инструментом – протяжкой, которая совершает главное поступательное движение резания. Чаще всего протягивание применяют для обработки заранее просверленных относительно небольших отверстий с целью придания им более сложной формы. Операцию протягивания осуществляют на протяжных станках. Различают горизонтально-протяжные, предназначенные для обработки отверстий; вертикально-протяжные станки, которые в основном применяются для обработки наружных поверхностей; специальные протяжные станки для обработки наружных поверхностей вращения при изготовлении конических и цилиндрических прямозубых зубчатых колес. Вследствие сложности и трудоемкости изготовления протяжек и их высокой стоимости протягивание экономически выгодно только в условиях крупносерийного и массового производства.

 

2.1.5 Шлифование

Шлифование – это процесс  резания материалов с помощью абразивного инструмента, режущими элементами которого являются зерна абразивного материала. Главным движением при шлифовании является вращение режущего инструмента (абразивного круга) с очень большой скоростью, а характер движения подачи определяется способом и схемой шлифования. В основном шлифование используется для чистовой  и отделочной обработкой с целью повышения точности размеров и снижением шероховатости поверхности по сравнению с обработкой лезвийным инструментом. В отдельных случаях его применяют для черновой обработки твердых материалов (снятие слоя окалины с отливок и поковок, обработка закаленных сталей и т.д.). В зависимости  от вида обрабатываемых поверхностей различают следующие способы шлифования: наружное круговое, внутреннее круговое, плоское и шлифование фасонных поверхностей. Наиболее распространение в промышленности получили круглошлифовальные, внутришлифовальные и плоскошлифовальные станки, а также заточные станки для заточки лезвийного режущего инструмента.

 

2.2 Выбор рационального способа изготовления детали

Выбор способа обработки детали зависит от формы обрабатываемой поверхности; требований, предъявляемых  к точности размеров и качеству поверхности  изготовляемой детали, а также  от свойств материала обрабатываемой заготовки.

Деталь имеет форму тела вращения, материал сталь 40, требования к точности и шероховатости поверхностей Rz40 и Ra6,3. Исходя из заданных требований, из возможных способов обработки подходят  токарная обработка и шлифование. В связи с указанной шероховатостью наиболее эффективно и экономично будет обработка контура детали  шлифованием.

Деталь также имеет четыре отверстия  диаметром 6 мм. Для получения отверстий  круглого сечения используем метод  – сверления. Учитывая размеры и  массовость производства детали другие обработки осевым инструментом, как рассверливание (для изменения диаметра ранее просверленного отверстия); зенкерование и развертывание (для повышения точности и качества ранее просверленных отверстий) не рассматриваем т.к. их использование будет не рационально.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Технология изготовления детали

2.3.1 Получение отверстий  на станках сверлильно-расточной  группы

1. Выбор оборудования.

В связи с небольшими рамерами детали и диаметром отверстий 6 мм наиболее технологично будет использование  настольно-сверлильного станка 2М112 (рис. 2), который позволяет получать отверстия диаметром до 16 мм.

Рисунок 2 – Настольно-сверлильный станок 2М112.

Конструкции сверлильных станков  различных типов имеют много  общего. На фундаментальной плите 1 вертикально-сверлильного станка (рис.3) смонтирована колонна 2. В верхней части колонны расположена коробка скоростей 6, через которую шпинделю с режущим инструментом сообщают главное вращательное движение резания. Движение подачи (поступательно вертикальное) инструмент получает через коробку подач 5, расположенную в кронштейне 4. Заготовку устанавливают на столе 3.  
Стол и кронштейн имеют установочное перемещение по вертикальным направляющим  колонны 2. Совмещение оси вращения инструмента с заданной осью отверстия достигается перемещением заготовки.

Рисунок 3 – Схема вертикально-сверлильного станка.

 

2.Выбор инструмента.

Для получения отверстий используют сверла из быстрорежущей стали спиральные общего назначения диаметром 6 мм.