22

1. Исходные данные

1. Массовое производство

2. Литье в песчаные формы

3. Деталь обойма

2. Выбор материала

Согласно назначению детали и номеру варианта, выбираем материал серый чугун СЧ20. [1, с.4]

3. Определение массы детали

Масса находиться исходя из объёма детали и плотности серого чугуна.

Р

86

V₂

V₁

азбиваем деталь на элементарные объёмы и находим их.

V_дет.=V₁+V₂ – V₃ – 2*V₄

V₃

V_цил.=^1/₄* π* d² * h

V₁ = 0,25*3,14*(20)²*7

V₁ = 2198(см³)

V₂ = 0,25*3,14*(17)²*3

V₂ = 680,595(см³)

V₄

V₃ = 0,25*3,14*(4)²*10

V₃= 125,6(см³)

30

V₄ = 0,25*3,14*(4)²*8,6

100

V₄= 108,016(см³)

V_дет.= 2198+680,595–125,6–2*108,016=2536,963(см³)

m_дет= V_дет.* ρ_чуг

Плотность серого чугуна ρ_чуг=7,1(г/см³)

m_дет=2536,963*7,1=18012,4373(г) 18,0(кг)

4. Разработка чертежа отливки

4.1 Выбор поверхности разъема

В соответствии с рекомендациями [2, c.14-15], располагаем всю отливку в нижней полуформе (формовка в двух опоках), что исключает смещение отливки.

4.2 Выбор базовой поверхности

Базовые поверхности служат для закрепления отливки при механической обработке. Базовые поверхности для механической обработки обозначаются определенным образом:

Линейные размеры на чертеже отливки располагаем от указанных исходных баз.

4.3 Назначение припусков на механическую обработку

Размеры, мм	Припуски, мм
Ø 200	3,2
Ø 170	3,2
Ø 140	2,8
Ø 60	2,4
Ø 40	2,4
100	верх 3,2 низ 2,6
70	2,6

4.4 Расчет номинальных размеров отливки

100+3,2+2,6=105,8 (мм)

70+3,2+2,6=75,8 (мм)

200+2*3,2=206,4 (мм)

170+2*3,2=176,4 (мм)

140-2*2,8=134,4 (мм)

60+2*2,4=64,8 (мм)

40-2*2,4=35,2 (мм)

4.5 Расчет литейных радиусов

Для получения качественной литой детали стенки отливки должны иметь плавные переходы с необходимыми сопряжениями и закруглениями [2, с.38].

Р адиусы рассчитывают по формулам:

– наружный радиус

– внутренний радиус

Расчетные радиусы округляем по стандартному ряду чисел 1; 2; 3; 5; 8; 10; 16. Наружный радиус округляем в меньшую сторону, а внутренний радиус в большую [2, с.38].

Сопрягаемые припуски		Расчетный радиус, мм.	Фактический радиус, мм.
П1	П2	Rн	Rн
3,2	2,6	2,9	2
3,2	2,6	2,9	2
2,8	2,6	2,7	2
2,6	2,4	2,5	2

Сопрягаемые припуски		Расчетный радиус, мм.	Фактический радиус, мм.
П1	П2	Rв	Rв
3,2	2,6	5,8	8
2,6	2,6	5,2	8
2,6	2,4	5	5

4.6 Назначение литейных уклонов

Для предотвращения разрушения формы при извлечении из нее модельной плиты (модели) на вертикальных стенках отливки необходимо предусматривать литейные (конструктивные и формовочные) уклоны [2, с.33].

h_м= h_отл+0,01*h_отл

Размеры модели, мм	Уклон
hм=75,8+0,01*75,8=76,558	0°45'
hм=30+0,01*30=30,3	1°15'

4.7 Анализ выполнения отверстий

О

α

формление отверстий, полостей и выступающих при машинной формовке осуществляется стержнями и болванами (выступы в форме). Последние в верхних полуформах, если H=0,3*D, в нижних полуформах, если H≤D (H – высота полости отверстия; D – диаметр). Отверстия в отливках обычно выполняются, если их диаметр не менее при массовом производстве 20 мм [2, с.30-31].

А

А=d_отл+0,01* d_отл – диаметр стержня

А=35,552 (мм)

L_ст=L_отл+ 0,01* L_отл – длина стержня

L_ст=106,656 (мм)

z_н=40 (мм)

z_в=30 (мм)

α=5°

H_нб≤D

D=(134,4-64,8)/2=34,8 (мм)

H_нб= 34,8 (мм) – высота нижнего болвана

h_м=34,8+0,01*34,8=35,148 (мм)

Следовательно, уклон равен 1°15'.

4.8 Определение массы отливки

Определяем объем отливки без учета литейных уклонов и радиусов закруглений:

V_отл.=V₁+V₂ – V₃ – 2*V₄

V_цил.=^1/₄* π* d² * h

V₁=0,25*3,14*(20,64)²*7,58

V₁=2534,88 (см³)

V₂ = 0,25*3,14*(17,64)²*3

V₂ = 732,8 (см³)

V₃ = 0,25*3,14*(3,52)²*10,58

V₃ = 102,9 (см³)

V₄ = 0,25*3,14*(3,48)²*3,48

V₄ = 33,08 (см³)

V_отл.=3404,66 (см³)

Определяем массу отливки без учета литейных уклонов и радиусов закруглений:

m_отл= V_отл.* ρ_чуг

Плотность серого чугуна ρ_чуг=7,1(г/см³)

m_отл=3404,66*7,1=24165,9(г) 24,2(кг)

5. Расчет размеров опок и размерных плит

5.1 Расчет размеров модели отливки

L_м=L_отл+0,01*L_отл; D_м=D_отл+0,01*D_отл

Размеры отливки, мм	Размеры модели, мм
105,8	106,858 106,9
75,8	76,558 76,6
206,4	208,464 208,5
176,4	178,164 178,2
134,4	135,744 135,7
64,8	65,448 65,5
35,2	35,552 35,5

5.2 Расчетная схема опоки

c – толщина формовочной смеси вокруг отливок

c=30…50 мм [2, с.44]

а – ширина шлакоуловителя

А_р=2*D_м+3*с – ширина шлакоуловителя

B_р=2*D_м+a+4*c – длина шлакоуловителя

5.3 Расчет литниковой системы

Литниковой системой называется система каналов, с помощью которых реализуется заполнение формы жидким металлом , питание отливки при ее затвердевании, а также улавливание различных неметаллических включений. Она играет значительную роль в получении качественных отливок (30% брака из-за недостатков системы).

Основными элементами литниковой системы является:

Литниковая воронка (для мелких и средних отливок) или литниковая чаша (для средних и крупных отливок);

Стояк, как правило, вертикальный канал (иногда зигзагообразный для снижения скорости движения) круглого сечения (прямоугольное сечение бывает для магниевых и алюминиевых сплавов);

Шлакоуловитель (коллектор), располагающийся обычно в верхней полуформе;

Питатели, сечение которых должно быть меньше толщины стенки, к которой они подводятся;

Выпор, выводит воздух и газ из полости формы при заливке и сигнализирует о конце заливки. Сечение выпора равно 0,25…0,5 сечения стенки отливки. Выпоры не устанавливаются над массивными частями отливки из-за возможности образования усадочных раковин. В этом случае принимают отводные выпоры [2, с.49].

5.3.1 Расчет производящих элементов суживающихся литниковых систем

а) Расчет суммарного сечения питателей

,

где – суммарное сечение питателей, см²;

Q – масса жидкого металла, протекающая через литниковую систему, кг;

Q=G+Q₁ ,

где Q₁ – расход металла на литниковую систему, зависит от массы отливки [2, с.52];

G=4*M_отл;

G=4*24,2=96,8 кг

Тогда по диаграмме зависимости расхода металла от массы отливки. =12% (рис.32; [2, с.52]);

Следовательно: Q=G+Q₁=96,8+11,616=110,216 110,2 кг

см²

Сечение питателя

Размеры сечения определяем таблице 29

[2, с.59]

h=12 мм, a=19 мм, b=16 мм

б) Определяем площадь шлакоуловителя и стояка

Для среднего и мелкого литья

; [2, с.53]

Следовательно:

(см²)

(см²)

С ечение шлакоуловителя

Размеры сечения определяем таблице 24

[2, с.53]

h a

h=24 мм, a=24 мм, b=19 мм

Диаметр стояка в нижней части по формуле [2, с.53]:

(см²)

см= 35 мм

D_в>D_н на 10…15%

D_в=39 мм

в) Определение размеров литниковой чаши или литниковой воронки

В зависимости от диаметра стояка выбираем по таблице 25, 27, будет литниковая чаша или воронка [2, с.57]. По таблице 27 выбираю литниковую чашу по диаметру стояка D=40 мм.

Литниковая чаша

Размеры литниковой чаши, мм

L	M	h	R1	R2	R3	R4	r	r1	диаметр стояка, мм
240	95	170	60	55	75	70	20	10	40

5.4 Расчет размеров опоки

А_р=2*D_м+3*с=2*208,5+3*40=537 мм

B_р=2*D_м+a+4*c=2*208,5+24+4*40=601 мм

Полученные расчетные значения А_р и B_р округляем с шагом 50 мм в большую сторону.

А_р=537 мм А=550 мм

B_р=601 мм В=650 мм

5.5 Определение высоты опок

H_н=h_м+d+z_н – высота нижней опоки;

H_в=z_в+d – высота верхней опоки;

d – расстояние от модели до верхней или нижней кромки опоки, d=40…60 мм [2, с. 45].

H_н=106,9+50+40=196,9 мм.

H_в=30+50=80 мм.

Полученные расчетные значения округляем с шагом 25 мм в большую сторону.

H_н=200 мм; H_в=100 мм.

5.6 Расчет размеров модельных плит

A_м.п.=A+2*10+2*50; A_м.п.=550+20+100=670 мм;

B_м.п.=B+2*10+2*50; B_м.п.=650+20+100=770 мм;

где 50 мм – места для закрепления опоки и модельной плиты; 10 мм – толщина стенки опоки.

5.7 Проверка высоты стояка

Высота стояка, определенная раннее выбранной высотой верхней опоки (литниковая система располагается по разъему формы), проверяется по формуле:

H_min= H_ст–C=L*tgα

H_ст= C+L*tgα

где – минимальный избыточный напор металла, обеспечивающий заполнение формы; – высота стояка; α – угол падения напора, α = 8…9°; С – высота отливки над питателем, С=0, т.к. отливка располагаем в нижней полуформе; L – расстояние от центра стояка до наиболее удаленной и высокой точки формы, [2, с.55].

L₁

L

В

a

c

А

L₂

L₁ = 40+104,25+12=156,25 мм;

L₂ = 20+208,5=228,5 мм;

мм;

H_ст=276,8*tg9°=276,8*0,1584=43,8 мм;

Высота стояка обеспечивает минимальный избыточный напор металла для заполнения литейной формы.

6. Технологический процесс получения отливки литьем в песчаные формы

6.1 Изготовление модели отливки, литниковой системы, стержневых ящиков и выбор опок

Модели служат для образования внешних контуров отливки в форме. В массовом производстве применяют металлические модели. Модель изготавливается с учетом припусков на механическую обработку и линейную усадку металла. Кроме основных моделей, образующих форму отливки, имеются модели литниковых систем, с помощью которых при формовке образуется система каналов, через которые жидкий металл поступает в полость формы.

Стержневые ящики для изготовления стержней должны обеспечивать равномерное уплотнение смеси и быстрое извлечение стержня. Как и модели, стержневые ящики имеют литейные уклоны, при назначении их размеров учи­тывают величину усадки сплава и, если требуется, также и припуска на механическую обработку. Стержневые ящи­ки делают из тех же материалов, что и модели. По конструк­ции стержневые ящики могут быть неразъемными и разъемными.

Опоки служат для удержания формовочной смеси и образования литейной песчаной формы. Центрирование верхней опоки с нижней осуществляется фиксирующими штырями, которые вставляют в отверстия в приливах опок, а скрепление опок осуществляется скобами.