Технологическое обеспечение качества. Практикум

Практическое занятие № 4 РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ КОКИЛЯ

Цель занятия: изучить теоретические основы литья в кокиль, его преиму-

щества и недостатки, получить практические навыки расчетов толщины стенок кокиля при различных условиях заливки металлов.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Внастоящее время кокильное литье широко применяется для получения от-

ливок из чугуна, стали и алюминия.

Кокильное литье чугуна и стали особенно распространено в черной метал-

лургии, станкостроении, тракторостроении, а также в строительном машиностро-

ении.

При литье в кокиль легче осваиваются отливки, отвечающие следующим требованиям:

а) отливка должна иметь стенки достаточной толщины, чтобы кокиль це-

ликом заполнялся сплавом при выбранном технологическом режиме;

б) отливка должна легко удаляться из кокиля при минимальном числе разъ-

ёмов формы;

в) внутренняя полость отливки должна получаться с помощью целых метал-

лических стержней или стержней, собранных из минимального числа песчаных стержней;

г) отливки не должны иметь резких переходов от толстой стенки к тонкой,

большого числа выступающих частей, тормозящих усадку, и внутренних тепло-

вых узлов.

1.1 Преимущества и недостатки кокильного литья

Широкому распространению этого метода литья способствует ряд преиму-

ществ перед литьем в песчано-глинистые формы:

а) значительно повышается точность размеров, уменьшается шероховатость поверхности отливок, что снижает припуск на механическую обработку в 2…3

61

раза, а иногда полностью устраняет ее. В последнем случае повышается меха-

ническая прочность отливки, так как литая поверхность обладает лучшей со-

противляемостью коррозии, эрозии и истиранию. Шероховатость поверхности кокильных отливок соответствует 5…7-му классам чистоты. При получении от-

ливок из алюминиевых сплавов отпадает операция их шабрения. На некоторых заводах на этой операции занято 25% всех рабочих литейного цеха.

б) отливки имеют более плотную структуру металла, в результате механи-

ческие свойства их увеличиваются на 15…30%;

в) производительность труда рабочих повышается в 2…4 раза;

г) выход годного литья (75…98%) увеличивается за счет уменьшения при-

былей, технологических припусков и припусков на механическую обработку, а

также уменьшения брака при литье отливок;

д) форма используется многократно;

е) съем литья с квадратного метра производственной площади значительно увеличивается;

ж) расход формовочных и стержневых смесей уменьшается в несколько раз,

а во многих случаях полностью исключается, вследствие чего высвобождаются транспортные устройства, складские и производственные помещения;

з) легче механизировать и автоматизировать производственный процесс, так как отпадают трудоемкие операции формовки, сборки и выбивки форм, применя-

емые при изготовлении отливок в песчано-глинистых формах;

и) себестоимость отливок снижается.

Однако внедрению кокильного литья препятствует ряд недостатков:

а) сложность получения тонкостенных отливок вследствие значительной теплопроводности кокиля и быстрого затвердевания металла;

б) наружные ребра, приливы, углубления и выступы в отливке требуют применения песчаных стержней;

в) значительные внутренние напряжения возникают в отливках в результате их затрудненной усадки (металлические формы неподатливы);

г) вследствие большой скорости затвердевания в поверхностных слоях чу-

гунных отливок образуется отбел;

62

д) отливки по сечению имеют анизотропные свойства;

е) длительность цикла изготовления кокиля;

ж) большая стоимость и ограниченная стойкость кокиля;

з) чувствительность к отклонениям от установленного технологического процесса. Резкое проявление недостатков сплава.

1.2 Область применения кокильного литья

Кокили используют для получения отливок из цветных и черных сплавов весом от нескольких граммов до десятков тонн. Экономически целесообразнее применять кокильное литье в массовом и серийном производстве.

Кокильное литье применяют для изготовления:

а) толстостенных отливок, механически необрабатываемых деталей, а также для герметичных отливок;

б) чугунных отливок с отбеленной поверхностью, с плотной структурой ме-

талла или с повышенной герметичностью, простой конфигурации, а также отли-

вок, к которым не предъявляются какие-либо требования;

в) отливок из высокопрочного чугуна со стенками толщиной не менее

8…10мм, особенно отливок, которые могут заменить стальные кованые заготов-

ки;

г) стальных отливок простой конфигурации, со стенками толщиной более

6…10мм, весом от нескольких килограммов до нескольких тонн;

д) алюминиевых отливок со стенками толщиной более 2,5…5мм;

е) отливок из кремниевой латуни со стенками толщиной более 3,5…6,5мм и габаритными размерами до 600×700мм.

Экономическая целесообразность применения кокилей и получение высоко-

качественных отливок зависят от конструкции кокиля. Правильно сконструиро-

вать кокиль можно только с учетом взаимозависимых процессов, которые проис-

ходят при заполнении кокиля расплавом и формировании отливки. Конструкции кокилей довольно разнообразны в связи с разнообразием отливок, получаемых в кокилях в разных отраслях промышленности.

63

При расчёте толщины стенок исходят из экономических соображений. Чем тоньше стенка формы, тем скорее она прогревается до более высокой температу-

ры и срок ее службы меньше. Но чем толще стенка, тем вес ее больше и, следова-

тельно, тем скорее охлаждается отливка. Значит выше ее твердость и больше ве-

роятность образования трещин, как в отливке, так и в самой форме. Из практики известно, что толщина стенки форм для тонкостенных отливок обычно превышает толщину стенки отливки в 3-4 раза. Чем толще стенка отливки, тем это отношение становится меньше.

От толщины стенки кокиля в значительной мере зависит его стойкость и ка-

чество получаемых отливок. Толщина стенок кокиля влияет на скорость затверде-

вания и последующее охлаждение отливки, а, следовательно, и на образование структуры отливки.

Более точно толщина стенки кокиля рассчитывается по формуле:

x2 = kxm , (4)

где: k – поправочный коэффициент, (табл.1),

для толстостенных отливок k > 1, тонкостенных k < 1;

xm – глубина проникновения теплоты в стенку кокиля за время затвердева-

ния отливки, м.

64

где: x1 – средняя толщина стенок отливки в м, (табл.1, Приложение 2);

γ1, γ2 – плотность материала отливки и кокиля в кг/м3, (табл. 2, Приложение

2);

С1, С2 – теплоёмкость материала отливки и кокиля в ккал/кг · оС, (табл. 2,

Приложение 2);

ρ1 – скрытая теплота плавления материала отливки в ккал/кг, (табл. 2, При-

ложение 2);

Δtпер – температура перегрева в оС:

где: tзал - температура заливки сплава в оС, (табл. 2, Приложение 2);

tкр – температура кристаллизации или плавления сплава в оС, (табл. 2, При-

ложение 2);

t2нач – начальная температура кокиля в оС, (табл. 1, Приложение 2);

λ2 – теплопроводность материала кокиля в ккал/м · час · оС, (табл. 2, При-

ложение 2);

β – отношение теплопроводности материала облицовки λоб в ккал/м · час ·

оС (табл. 1, Приложение 2) к толщине слоя облицовки Xоб в м (табл. 1, Приложе-

ние 2):

65

3. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Расчет ведется по данным таблиц 1 (варианты) и 2 (дополнительные дан-

ные) Приложения 2.

4.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Перечислите требования, предъявляемые к отливкам при литье в кокиль.

2.В чем преимущества кокильного литья по сравнению с литьем в песчано-

глинистые формы?

3.В чем недостатки кокильного литья?

4.Назовите область применения кокильного литья.

5.Что влияет на толщину стенок проектируемого кокиля?

66

Практическое занятие № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВКИ ПРИ ПРОЦЕССЕ ГИБКИ ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА

Цель занятия: изучить теоретические основы процесса гибки листового металла, получить практические навыки определения размеров заготовок при

гибке.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Гибка листового металла осуществляется в результате упруго-

пластической деформации, протекающей различно с каждой из сторон изгиба-

емой заготовки.

Слои металла внутри угла изгиба (со стороны пуансона) сжимаются и уко-

рачиваются в продольном и растягиваются в поперечном направлении. Наружные слои (со стороны матрицы) растягиваются и удлиняются в продольном и сжима-

ются в поперечном направлении. Между удлиненными и укороченными слоями

(волокнами) находится нейтральный слой, длина которого равна первоначальной длине заготовки.

В результате утонения материала и искажения формы поперечного сечения нейтральный слой в месте изгиба не проходит посередине сечения, а смещается в сторону малого радиуса.

Следует различать два технологических случая гибки:

а) гибку с малым радиусом закругления при большой степени пластической деформации;

б) гибку с большим радиусом закругления при небольшой степени пласти-

ческой деформации.

Гибка в штампах может выполняться двумя способами:

а) без прижима заготовки;

б) с прижимом заготовки.

69

Гибка без прижима применима лишь для деталей невысокой точности (7-й

класс), так как допускает смещение заготовки в процессе гибки. Гибка с прижи-

мом применяется для деталей повышенной точности (5-й класс), так как не до-

пускает смещения заготовки в процессе гибки.

Более высокой точности при гибке (3,4-й классы) достигают за счет приме-

нения технологических баз и дополнительной фиксации заготовки, а также за счет введения дополнительной калибровки.

В холодной штамповке в большинстве случаев применяется гибка с малым радиусом закругления, сопровождаемая уменьшением толщины материала и сме-

щением нейтрального слоя в сторону сжатых волокон, а для узких полос, кроме того, изменением прямоугольной формы поперечного сечения в трапециевидную

(рис.1).

Рис. 1. Схема процесса гибки

Радиус кривизны нейтрального слоя при чистом изгибе образца прямо-

угольного сечения находится по следующей формуле:

70