Теоретическая часть

Литейным производством называется отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных деталей путём заливки расплавленного металла в форму, полость которой имеет конфигурацию детали. Основные преимущества и достоинства получения отливок – дешевизна по сравнению с другими способами изготовления деталей и возможность получения изделий самой сложной конфигурации из различных сплавов.

Пригодность сплавов для производства отливок определяется следующими литейными свойствами: жидкотекучестью, усадкой, ликвацией, газопоглощением.

В настоящее время существует более 100 различных способов изготовления литейных форм и получения отливок. Причём современные способы получения заготовок литьём в широких пределах обеспечивают заданные точность, параметры шероховатости поверхности, физические и механические свойства заготовок.

В общем, производстве литых заготовок значительный объём занимает литьё в песчано-глинистые формы, что объясняется его технологической универсальностью. Этот способ литья экономически целесообразен при любом характере производства, для деталей любых масс, конфигураций, габаритов, для получения отливок практически из всех литейных сплавов. Технологический процесс изготовления литых фасонных изделий в песчано-глинистых формах состоит из значительного числа операций:

• подготовки формовочной и стержневой смесей;

• изготовление моделей отливки и элементов литниковой системы;

• изготовления форм и стержней;

• заливка форм;

• освобождение отливок из форм;

• обрубка и очистка литья.

Изменяя способ формовки, используя различные материалы моделей и формовочных смесей, можно получить отливки с достаточной чистотой поверхности и точными размерами.

Несмотря на универсальность и дешевизну, способ литья в песчано-глинистые формы связан с большим грузопотоком вспомогательных материалов, повышенной трудоёмкостью и кроме того до 25% массы отливок превращается в стружку при механической обработке. Поэтому во многих случаях целесообразнее использовать специальные способы литья. По сравнению с литьём в песчано-глинистые формы преимущество специальных видов литья состоит в повышении точности и улучшении качества поверхности отливок а, следовательно, в снижении объёма последующей механической обработки заготовок, в уменьшении массы литниковой системы и резком снижении расхода формовочных материалов. Кроме того, технологический процесс изготовления отливок специальными способами легко поддаётся механизации и автоматизации, что повышает производительность труда, улучшает качество отливок и снижает их себестоимость.

При выборе способа формовки необходимо учитывать размеры детали, ее конфигурацию и серийность производства.

Различают следующие виды производства:

• единичное - до 200 отливок в год;

• мелкосерийное - от 200 до 1000 отливок:

• серийное - от 1000 до 20000 отливок:

• крупносерийное - от 20000 до 100000 отливок;

• массовое - от 100000 отливок.

В зависимости от сложности и конфигурации отливки модели могут быть неразъемные или разъемные. Конструкция модели должна обеспечить легкость ее извлечения из формы. Для получения в отливках отверстий и внутренних полостей в форму помещают стержень. Стержни изготавливают­ся в стержневых ящиках из стержневой смеси.

Для единичного производства применяют ручную формовку по дере­вянной модели. При серийном и массовом производстве разовые формы из­готавливают на формовочных машинах по металлическим или пластмассо­вым модельным платам.

К специальным способам литья относится литьё в оболочковые формы, точное литьё по выплавляемым моделям, литьё в металлические формы (кокили), центробежное литьё, литьё под давлением и непрерывное литьё в кристаллизаторах и др.

Первой операцией в технологическом процессе изготовления отливок в песчано-глинистых формах является подготовка формовочной и, если необходимо, стержневой смесей. В настоящей практической работе этот процесс не рассматривается.

Второй операцией является изготовление литейной формы и стержней. Для изготовления песчано-глинистой формы используют модельный комплект, литейную оснастку и формовочные материалы. В модельный комплект входят: модель, модельные плиты, стержневые ящики, модели всех элементов литниково-питающей системы, включая выпоры и прибыли. Модель – это прототип отливки, предназначенный для получения в песчаной форме отпечатка, соответствующего наружной конфигурации отливки и знакам стержней. Если отливка изготовляется без применения стержней, то модель не имеет знаковых частей. Если отливка имеет внутренние отверстия или полости, то её модель, как правило делается разъёмной. На рис.1, б показана модель отливки втулки, которая является разъёмной и состоит из двух частей – нижней и верхней. Половины модели соединяются между собой шипами. По форме модель соответствует наружной конфигурации отливки и знакам стержня. Для облегчения извлечения модели из формы на вертикальных стенах предусматривают формовочные уклоны. Острые углы сопряжённых стенок делают скруглёнными радиусами-галтелями. Собранную форму заливают металлом.

Стержневые ящики служат для изготовления стержней, которые обеспечивают получение в отливке внутренних полостей.

Рисунок 1- Эскиз отливки (а), модель (б),

стержневой ящик (в) и литейная форма (г)

Рассмотрим песчаную форму для отливки втулки (рис.1, а). Литейную форму (рис.1, г) изготовляют ручной формовкой в двух опоках (металлических рамках): нижней – (3) и верхней – (4), в которых уплотняют формовочную смесь (10). Полость формы (1) имеет конфигурацию модели втулки. Для выполнения отверстия во втулке в форме используют стержень (2), изготовленный из стержневой смеси в стержневом ящике (1). По размерам стержень длиннее, чем отверстие втулки, так как стержень имеет дополнительные части – знаки, с помощью которых он устанавливается и фиксируется в форме.

Чтобы заполнить полость формы жидким металлом, в форме выполняют систему каналов – литниковую систему, состоящую из чаши (6), стояка (7), шлакоуловителя (8) и питателя (9) , обычно в литниковую систему также входит зумпф – углубление под стояком, препятствующее размыванию формы металлом. Воздух, находящийся в полости формы, вытесняется при её заливке металла через каналы (5) – выпоры, которые делают на самых высоких участках полости формы.

Последовательность изготовления:

• нижняя опока;

• верхняя опока;

• сборка;

• наколы;

• покраска.

После затвердевания металла форму разрушают, извлекают отливку, удаляют из отливки стержень. Затем отливку обрубают, – удаляют литниковую систему и выпоры, очищают от пригоревшей формовочной смеси, подвергают термической обработке и передают на механическую обработку.

Основой для проектирования отливки является чертеж детали (рису­нок 2,а). На чертеже детали кроме основных размеров указана шерохова­тость поверхности и в зависимости от ее величины студент решает вопрос о необходимости механической обработки данной поверхности. Остальные по­верхности. которые не подлежат механической обработке, указаны знаком в правом верхнем углу чертежа.

Исходя из технологических особенностей изготовления данной дета­ли. принятого способа формовки, расположения в форме, положение плоско­сти разъема и возможных схем заливки форм жидким металлом, выполняется эскиз отливки. На чертеже отливки (рисунок 2,6) условным обозначением нано­сят: припуски на механическую обработку: технологические припуски (ли­тейные уклоны, напуски, галтели): линии разъема формы и контуры стерж­ней и их знаковых частей: установки прибылей (если они необходимы); все размеры, марку сплава и т.п. Чертёж модели показан на рисунке 2,в.

Рисунок 2 - Основные чертежи для проектирования:

а - чертеж детали; б - чертеж отливки: в - чертеж модели

Припуск на механическую обработку - дополнительный слой металла, который удаляют в процессе механической обработки отливки. Припуски на механическую обработку назначают только на поверхности, где указана ше­роховатость или квалитет точности ниже 10. На чертеже детали припуск на механическую обработку указывают тонкой линией, штриховой или красным карандашом. Величина припуска на механическую обработку регламентиру­ется ГОСТ 26645-85 в зависимости от класса точности, способов литья, раз­мера отливки, а также положения обрабатываемой поверхности в процессе отливки.

В таблицах 1 и 2 приведены классы точности отливок и величины припусков на механическую обработку чугунных и стальных отливок.

Таблица 1 - Допуски линейных размеров отливок, мм. по ГОСТ 26645-85

Интервалы номинальных размеров, мм	Класс точности размеров отливок
	3	4	5	6	7т	7	8	9	10	11	12	13т	13	14
Св. 5 до 10	0.16	0.2	0.32	0.4	0,5	0.64	0.S	1,2	1.6	2.4	3.2	4.0	5.0	-
-//-16-25	0.2	0.24	0.4	0.5	0.64	0.8	1.0	1.6	2.0	3.2	4.0	5.0	6.4	8.0
-//-40-43	0.24	0.32	0.5	0.64	0.S	1.0	1.2	2.0	2.4	4.0	5.0	6.4	8.0	10.0
-//-100 -160	0.32	0.4	0.64	0.8	1.0	1.2	1.6	2.4	3.2	5.0	6.4	8.0	10.0	12.0
-//-160-250	0.36	0.44	0,7	0.9	1.1	1.4	1.8	2.S	3.6	5.6	7.0	9.0	11.0	14.0
-//-250-400	0.4	0.5	0.S	1.0	1.2	1.6	2.0	3.2	4.0	6.4	8.0	10.0	12.0	16.0
-//-400-630	-	0.56	0.9	1.1	1.4	1.8	2.2	3.6	4.4	7.0	9.0	11.0	14.0	18.0
-//-630 - 1000	-	-	1.0	1.2	1.6	2.0	2.4	4.0	5.0	8.0	10.0	12.0	16.0	20.0

Таблица 2 - Классы точности размеров и масс и ряды припусков на механическую обработку отливок для различных способов литья (по ГОСТ 26645-85)

Способ литья	Наибольший габаритный размер отливки, мм	Металлы и сплавы
		цветные с температурой плавления ниже 700 °С	цветные с температурой плавления выше 700 °С	ковкий, высокопрочный и легированный чугуны, стали
1	2	3	4	5
Под давлением в металлические формы	До 100	Зт-5 I	3-6 I	4-7 I
	Св. 100	3-6 I	4-7т I	5т-7 I
В керамические формы и по выполняемым и выжигаемым моде­лям	До 100	3-6 I	4-7т I-2	5т-7 I-2
	Св. 100	4-7 I-2	5т-7 I-2	5-8 I-2
В кокиль и под низким давле­нием в метал­лические формы	До 100	4-9 1-2	5т-10 1-3	5-11т 1-3
Окончание таблицы 2
1	2	3	4	5
с песчаными стержнями и без них, литье в пес­чаные формы, отверждамые в контакте с оснас­ткой	Св. 100 до 630	5т-10 1-3	5-11т 1-3	6-11 2-4
	Св. 630	5-11т 1-3	6-11 2-4	7т-12 2-5
В песчаные фор­мы. отверждае­мые вне контакта с оснасткой, цен­тробежное, свар­ные и сухие песчано-глинис-тые формы	До 630	6-11 2-4	7т-12 2-4	7- 1З т 2-5
	Св. 630 до 4000	7-12 2-4	8-13 3-5	9т-13 3-6
	Св. 4000	8-13т 3-5	9т-13 3-6	9-14 4-6

Примечание - В числителе указаны классы точности размеров и масс, в знаменателе - ря­ды припусков.

Меньшие их значения относятся к простым отливкам и условиям: большие значения - к сложным, мелкосерийного производства;

Средние значения - к отливкам средней сложности и условиям серийного производства. Классы точности масс следует принимать соответствующими классам точности отливок.

Литейные уклоны на отливке облегчают извлечение моделей из фор­мы без разрушения ее и для свободного удаления стержня из стержневого ящика. Уклоны выполняют в направлении извлечения модели из формы. На чертеже формовочные уклоны указывают, как и припуски на механическую обработку, - красным карандашом или тонкими линиями. Величина формо­вочных уклонов регламентируется ГОСТ 3212-92 в зависимости от высоты боковых поверхностей (таблица 3).

Таблица 3 - Формовочные уклоны

Измеряемая высота верти­кальной поверхности, мм	Углы наклона моделей (не более)
	металлических	деревянных
До 20	1°30'	3°
21-50	1°	1°30'
51-100	0°45'	1°
101-201	0°30'	0°45'
201-300	0°30'	0°30'
301-500	0°20’	0°30'
501-800	0°20’	0°20'

Напуск - служит для упрощения изготовления отливки. Так отверстия в отливке диаметром 20-30 мм в условиях массового и серийного производ­ства и диаметром до 50 мм в условиях единичного производства можно не делать, так как их целесообразнее просверлить в процессе механической об­работки. В этом случае на чертеже отливки отверстия зачеркивают тонкими линиями.

Галтели - закругления внутреннего угла отливки в модели для получения плавного перехода в сопрягаемых стенках. С помощью галтелей исключается осыпание формовочной смеси в углах модели при ее извлечении из формы. Нормативные материалы рекомендуют пользоваться нормальным рядов радиусов: 1,2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40 мм. Радиусы гал­телей составляют 1/5-1/3 средней арифметической толщины сопряженных стенок отливки.

Плоскость разъема формы и модели обозначают на чертежах буквами РМ н двумя стрелками с буквами В (верх) и Н (низ).

Литейный стержень - элемент литейной формы для образования отвер­стий. полости или иного сложного контура в отливке. Стержни бывают вер­тикальные и горизонтальные в зависимости от их положения при установке в форму. Конфигурацию и размеры стержней регламентирует ГОСТ 3606-80. Для правильной установки и крепления стержней в форме служат знаковые части стержня, которые у горизонтальных стержней делают прямыми, а у вертикальных с уклоном для удобства сборки формы. Длину знаков опреде­ляют в зависимости от длины стержня (таблицы 4 и 5).

Высоту верхнего знака принимают равной 60 % от высоты нижнего.

На чертеже стержни в разрезе штрихуют по контуру. Если стержней несколько, для каждого стержня применяют свою, отличающуюся от других штриховку.

Таблица 4 - Высота нижних вертикальных знаков стержня (мм)

Диаметр стержня	Длина стержня, мм
	до 150	151-500	501-1000	1001 и выше
До 100	20-30	50-70	100-120
101-400	20-40	40-60	70-100	140-190
401-1000	40-50	40-50	60-100	110-180
1001 и выше	60-100	60-110	60-110	80-150

Таблица 5 - Длина горизонтальных стержневых знаков (мм)

Длина стержня, мм	Длина стержня, мм
	до 50	51-150	151-300	301-500	501-750	750-1000
До 25	15	25	40	-	-	-
25-50	20	30	45	60	-	-
51-100	25	35	50	70	90	110
101-200	30	40	55	80	100	120

Литейная модель - приспособление для получения в форме отпечатка, соответствующая конфигурации внешней поверхности отливки.

Чертеж модели составляют по наружным очертаниям детали с техноло­гическими указаниями, причем все размеры увеличивают на коэффициент линейной усадки. В среднем коэффициент линейной усадки принимается: для серого чугуна - 1 %; для стали - 2 %; для цветных сплавов - 1 – 1,5 %.

Конструкция отливки должна иметь плавные переходы от больших се­чений к меньшим (рёбра жесткости, окна) с целью равномерного охлаждения и предотвращения внутренних напряжений и трещин.

С целью повышения точности отливок и упрощения моделей и процес­са формовки необходимо стремиться к неразъемным моделям.

Сборкой называется процесс соединения отдельных частей формы в одно целое и подготовка формы к заливке. Сборка формы состоит из сле­дующих операций: установка и крепление стержней, установка верхней опо­ки, крепление опок, установка литниковой чаши, контроль правильности сборки. Форма в сборе должна быть показана на чертеже так, чтобы было видно положение стержней и литниковых каналов, выпоров, прибылей и способов крепления опок.

На рисунке 3,а показана форма в сборе, а на рисунке 3,б - готовая отливка.

а ) б)

Рисунок 3 – а) литейная форма в сборе б) эскиз отливки

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите значение и область применения литейного производства.

2. Приведите классификацию способов получения отливок.

3. Назовите основные преимущества получения литых деталей.

4. Перечислите формовочные материалы, применяемые для изготовления литейных форм и стержней.

5. Какие требования предъявляют к формовочным материалам?

6. Назовите способы выбивки и очистки литья.

7. Охарактеризуйте сущность способа литья но выплавляемым моделям, преимущества и недостатки этого способа.

8. Охарактеризуйте сущность способа литья в оболочковые формы и его преимущества.

9. Укажите преимущества литья в металлические формы (кокили).

10. Охарактеризуйте сущность способа литья под давлением.

11. Изложите сущность получения фасонных отливок на центробежных машинах.

12. Назовите область применения непрерывного литья.

Задания для лабораторной работы

1. Изучите предложенную теоретическую часть.

2. По предложенному Вам эскизу будущей отливки (задания 1 – 4) определите линии разъема модели и формы, положение отливки в форме и выберите способ формовки; определите количество стержней, их контуры, размеры знаков.

3. Определите припуски на механическую обработку.

4. Определить размеры уклонов и галтелей.

5. Рассчитать размеры модели и стержня, сделать эскиз.

6. Изобразите полученную отливку после выбивки её из формы.

7. Опишите все операции входящие в технологический процесс производства отливок методом литья в песчано-глинистые формы.

Задание 1 – Эскиз будущей отливки

D1	D2	D3	d4	Н	В	Марка металла
190	140	50	20	60	25	СЧЗО
200	150	50	20	60	30	СЧ45
220	160	60	30	80	35	ВЧ 60
240	180	60	30	80	35	БрОЦС 6-6-3
260	200	80	40	80	35	БрО-ЗО
300	240	80	40	90	35	БрАЖН 11-6-6
380	300	100	50	90	40	БрАМц 9-2

Задание 2 - Эскиз будущей отливки

B	d1	D2	Н	h	Марка материала
100	50	80	40	15	СЧ20
120	70	100	50	15	СЧ45
130	70	110	60	20	35JI
140	80	120	70	20	20ХМЛ
150	90	120	70	20	20ГСЛ
170	100	140	80	20	35МГСЛ

Задание 3 - Эскиз будущей отливки

D1	d2	d3	D4	H	В	Марка материала
200	120	100	160	180	20	БрАМц9-2Л
300	220	200	260	280	20	БрАЖ9-4Л
400	300	270	350	320	25	БрОФ6.5-ОЛ5
450	350	320	400	410	25	БрСЗО
500	360	350	440	470	30	БрСЦ60-25
550	430	400	490	500	30	БрОЦС'5-5-5

Задание 4 - Эскиз будущей отливки

D1	d2	D3	d4	H	h	A	b	Марка материала
70	40	50	20	60	45	110	20	СЧ10
90	50	60	20	80	70	150	25	СЧЗО
120	80	70	30	100	80	200	30	ВЧ120-2
130	80	90	40	120	100	250	30	35JI
140	90	120	70	150	130	300	35	35XHJI
150	90	130	70	160	140	350	40	45ХМЛ
180	110	160	90	200	170	400	40	ЗОГСЛ

Содержание отчета

1. Эскиз литейной формы в сборе:

2. Эскиз детали с разработанной литейной технологией:

   1. Указать разъем, величину уклонов, галтелей, припусков на механическую обра­ботку.

   2. Определить контур стержня и его границы.

3. Привести характеристику материала.

4. Эскиз модели и стержня с размерами, эскиз «форма в сборе».

5. Выводы по работе.