2.2. Выбор положения отливки в период заливки и затвердевания.

Выбор положения отливки в форме имеет принципиальное значение. Положение отливки в форме, отвечающее условиям направленности затвердевания стати, обуславливает контур отливки, размеры припусков на механическую обработку, возможные размеры опок, массу полуформ, а, следовательно, и оборудование для изготовления форм.

При определении наиболее рационального положения отливки во время формирования ее стенок необходимо сопоставить преимущества и недостатки каждого из возможных вариантов.

Наиболее оптимальным положением отливки в форме является ее горизонтальное расположение, так как обеспечивает наиболее свободное извлечение модели из формы.

Установив положение формы при заливке необходимо выбрать поверхность разъема формы.

2.3 Определяем поверхность разъема формы.

Назначением поверхности разъема формы обуславливаются такие факторы технологического процесса, как построение и разъемы модели, необходимость применения стержней, величины формовочных уклонов и т.д. В данном случае поверхность разъема проходит по горизонтальной оси отливки, что имеет ряд преимуществ. Обеспечивает свободное удаление модели из опоки.

Расположение отливки обеспечивает последовательное затвердевание. Обеспечивает удобство установки стержней.

3. Разработка чертежа детали с элементами литейной технологии

Чертеж отливки вычерчивается по чертежу детали. Он разрабатывается с учетом проведенного анализа технологичности и определенного положения отливки в литейной форме. Назначаются припуски на механическую обработку в местах, обусловленных чертежом детали.

Назначение класса точности, размеров и масс, ряда припусков на механическую обработку.

По ГОСТ 26645-85 «Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, масс и припуска на механическую обработку» по таблице (приложение 1) [1] определяется класс размерной точности отливки по следующим параметрам: литье в песчано-глинистую форму (машинная формовка); наибольший габаритный размер, тип сплава – серый чугун.

Найденный класс точности лежит в пределах 9-13. В условиях массового производства для данной отливки следует принять класс размерной точности равным 11.

Аналогично по приложению 2 определяется класс точности массы. Для данной отливки он равен 12.

По таблице (приложению 3) определяется степень точности поверхностей. Степень точности поверхностей равна 16.

Ряд припусков на механическую обработку определяется по приложению 4. Ряд припуска на обработку лежит в пределах 7 – 10. Для данного технологического процесса следует принять 9 ряд припуска на обработку.

1. Выбор допустимых отклонений размеров и масс, коробления и припусков на механическую обработку.

По приложению 5 определяются допуски размеров отливки по номинальному размеру и соответствующему 11 классу размерной точности. Данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Параметры отливки

Номинальный размер отливки, мм	Допуск размера, мм	Вид механической обработки	Припуск на механическую обработку, мм	Размер отливки с допуском, мм
150	5	получистовая	5,5	150 + 11
Ø50	4	чистовая	5,5	50 – 4,4

По приложению 6 определяется допуск массы отливки. Для 11 класса точности допуск массы составляет 20 %, т. е. 0,92 кг.

По приложению 7 определяется степень коробления элементов отливок, для чего следует определить отношение наименьшего размера элемента отливки к наибольшему (35:150), что соответствует 0,233, выбирается большее значение, т. е. 7 степень коробления.

По приложению 11 определяется шероховатость поверхности отливок, которая составляет не более Ra 50 мкм.

По приложению 12 определяется смещение по плоскости разъема 0,64мм.

На основании выполненных расчетов точность отливки:

1. Класс размерной точности – 12

2. Степень коробления – 7

3. Степень точности поверхности – 16

4. Класс точности массы –12

См. 2 ГОСТ 26643 – 85.

2. Назначение формовочных уклонов и литейных радиусов

Формовочные уклоны боковых поверхностей модели (отливки), задаваемые в направлении извлечения модели из формы, назначают, как правило, при обработке технологического процесса изготовления отливки.

При назначении формовочного уклона нужно стремиться избежать чрезмерного утолщения стенки отливки путем введения уклона, но не допускать значительного утонения этих стенок, опасного с точки зрения снижения прочности литой детали, а также образования недоливов.

Формовочные уклоны назначаются по ГОСТ 3212-92 и составляют 1°. Радиусы закруглений назначаются по ГОСТ 10948-84 и составляют 5 мм. (приложение 13)

3. . Определение границ стержней, уклонов, знаков, зазоров

Конструкция знаков, зазоров, конструктивное оформление стержня выполнены в соответствии с ГОСТ 3606-80.

Отливка имеет один стержень представляющий собой тело вращения. Стержень занимает фиксированное вертикальное положение, не деформируется под собственной массой и от действия жидкого металла. Высота знака 30мм. Ширина знака обусловлена размерами выходных отверстий отливки. По приложению 18 определяем уклоны знаков: нижний уклон - 7°, верхний - 10°.

Величина зазора между знаком формы и стержня составляет S₁= 0,25мм, S₂ = 2,5мм, S₃=1.5. (По приложению 19)

3.5 Определение технических требований к отливке

Все технические требования на отливку приведены на листе: КП 40461806.150100.03.10.01

4. Выбор и обоснование способов уплотнения формы и стержня, марок формовочных и стержневых машин, рецептур смесей, определение габаритов опок

Выбор способа уплотнения зависит от габаритов, конфигурации отливки и от высоты модели:

- при высоте до 50мм рекомендуется прессовое уплотнение;

- при высоте более 50мм – встряхивание с подпрессовкой;

- для мелких плоских бесстержневых отливок рекомендуется пескодувно-прессовый способ уплотнения.

Для разрабатываемого технологического процесса выбран способ уплотнения встряхивание с подпрессовкой, так как высота моделей 80мм.

Для изготовления полуформ выбрана литейная формовочная стряхивающая машина модели 267М.

Степень уплотнения форм зависит от числа ударов, высоты опоки и свойства формовочной смеси. Существует технологическая кривая распределения плотности по высоте опоки (рисунок 1).

Рисунок 1 – кривые распределения плотности по высоте формы:

а) технологическая кривая распределения плотности;

б) кривая плотности при уплотнении встряхиванием с подпрессовкой

Наибольшая плотность при встряхивании получается в точках на плоскости разъема, а также в верхних и нижних точках отпечатка от модели. Для выравнивания уплотнения по высоте нижней полуформы необходимо использовать допрессовку. При этом достигается высокая средняя плотность формы 1,7 г/см³, снижаются неравномерность уплотнения и улучшается уплотнение в сложных карманах.

Наиболее прогрессивным способом уплотнения стержней в условиях массового производства является пескодувный способ уплотнения, который и выбран для разрабатываемого технологического процесса, (стержневая машина модели 2Б83)

Выбор состава и свойств смеси зависит от выбранного технологического процесса изготовления форм и стержней.

Для встряхивающего способа уплотнения форм выбран следующий состав:

песок 2К₂0₂О2 6,5 – 8,0 мас. % ;

формовочная глина КП1Т1 3,0 – 5,5 мас. %;

отработанная смесь до 100 мас. %.

Физико-механические свойства формовочной смеси:

влажность 4,5 – 5,0 5%;

газопроницаемость 80 – 100 ед.;

прочность 0,5 – 0,6^.10⁵ Па.

Для пескодувного способа уплотнения стержней выбран следующий состав:

песок 2К₂0₂О16 до 100 мас. %;

ЛСТ 3 мас. %;

КО или УСК 2 мас. %.

Стержни следует подвергнуть тепловой сушке в вертикальных сушилах. Физико-механические свойства стержневой смеси:

сырая прочность на сжатие 0,05 – 0,06^.10⁵ Па;

сухая прочность на разрыв 8 – 12^.10⁵ Па

газопроницаемость не менее 100 ед.

Для предохранения отливки от пригара поверхность стержней следует окрашивать противопригарными покрытиями. Для чугуна используется паста ГБ, разведенная до плотности 1,2-1,3 толщина краски не более 1мм. Сушку противопригарного покрытия на форме производят инфракрасной лампой, стержни окрашивают по сырому и сушат.

Габариты опоки определяются габаритами формуемых отливок, числом отливок в форме, литниковой системой, размерами стержневых знаков. Определение размеров опок в свету производится с учетом минимальных расстояний от стенки опоки до модели (а), между моделями (г), от модели до верхнего (б) и нижнего контрлада опоки: а = 20 – 30 мм, б = 35 - 60мм, в = 50 - 75мм, г - 0,5 от высоты модели в полуформе, учитывая эти рекомендации и в соответствии с ГОСТ 15019-89 выбрана опока с размерами в свету 500^x600^x150/150. В данной опоке можно разместить 4 отливки, что является наиболее оптимальным вариантом. Центрирование двух опок производится по направляющему и центрирующему штырям. Чтобы при заливке не происходило распаривание, следует нагрузить верхнюю опоку грузом, если не достаточно массы опоки.

5. Обоснование подвода питания отливки, расчет литниковой системы

Литниковая система состоит из воронки, стояка, шлакоуловителя, питателей.

Подвод литниковой системы к полости формы осуществляется по плоскости разъема полуформ к массивной, обрабатываемой стенке отливки. Такое расположение литниковой системы имеет минимальную протяженность литниковых каналов, способствует одностороннему направлению потока жидкого металла в полости литейной формы.

5.1 Расчет литниковой системы и времени заливки

Литниковая система рассчитывается по формуле (метод Озанна-Диттера):

, (1)

где Q – масса жидкого металла в форме;

- коэффициент расхода литниковой системы;

t – время заливки формы;

H_p – расчетный статический напор металла в форме;

Q = (4*4,61)+1,15*4*4,61 = 18,44+2,77=21,2

(для сырой формы) = 0,35;

t = S* = 2,2* = 10 c,

где S = 2,2.

H_p=H₀ – = 15 – = 13,25см,

где H₀ – начальный напор металла;

P – часть отливки от питателя до верхней части отливки;

С – общая высота отливки.

= 5,37 см²; (2)

F_пит = = 1,34 см² – площадь одного питателя

Принято 8 питателя на 4 отливки.

Геометрические размеры питателя представлены на рисунке 2 и равны: а = 16см; b = 12см; h = 10см.

Рисунок 2 – габаритные размеры сечения питателя

Площадь остальных элементов литниковой системы определяется из соотношения:

= = = 1:1,5:2 = 5,37:8:10,74

Площадь сечения одной ветви шлакоуловителя:

= 1,5:5,37 = 8 см²;

Геометрические размеры сечения шлакоуловителя представлены на рисунке 3, и равны: с = 18 см; H = 25 см; d = 1,4см.

Рисунок 3 – габаритные размеры сечения шлакоуловителя

Диаметр стояка определяется по формуле:

F_cт = (3)

= = 38 мм.

Металл подается через один стояк.

Н_вор = 150мм; D_боб. = 40 мм.

Чертеж детали с элементами литниковой системы представлен на листе КП 4046 1806 150100.03.10.01.

6. Расчет емкости ковша

Емкость разливочного ковша определяется из емкости 5 – 7 залитых форм. Емкость одной формы составляет 18 кг,

Q = 7*18 =126 кг. По полученной расчетной величине принять емкость ковша равной 0,2 т.

7. Разработка конструкций модели, модельных плит и стержневого ящика

Основой для разработки является чертеж детали с элементами литейной технологии.

7.1 Разработка конструкций моделей

В массовом производстве при машинной формовки следует использовать металлические модели, что обеспечивает более точную и гладкую поверхность; модели не деформируются при хранении.

Во всех моделях учтена усадка 2% и усадка сплава отливки - 1%. Деревянная промодель изготавливается по 3% усадочному метру.

Крепление моделей на плитах осуществить штифтами и болтами в соответствии с ГОСТ 20340-74 -20342-74.

7.2 Разработка модельных плит

Выбрана модельная плита 0280-2021 ГОСТ 20103-74 размерами в свету 900^х600. Плиту изготовить из чугуна СЧ18 ГОСТ 1412-85. Отливки деталей модельных плит не должны иметь трещин, усадочных раковин, рыхлот, снижающих их прочность. Плиты подвергнуть отжигу для снятия внутренних напряжений. Шероховатость поверхностей отливок деталей модельных плит должна быть не грубее Rz80 ГОСТ 2789-73.

Крепление моделей на плитах осуществить штифтами и болтами в соответствии с ГОСТ 20340-74.

Монтаж моделей осуществляется по точной разметке, по контрольным штифтам, монтажь модели верха и низа представлены на листе КП 40461806 – 150100 – 03.10.02СБ и на листе КП 40461806 – 150100 – 03.10.03СБ