оригиналТКМ / Пояснительная записка

1. По чертежу детали разработайте эскизы: элементов литейной формы, собранной литейной формы (в разрезе), модели. Начертите чертеж отливки. Внутренний контур обрабатываемых поверхностей, а также отверстий, впадин и выточек, невыполняемых в литье, вычерчиваются сплошной тонкой линией. Определите точность отливки по ГОСТ 26645-85. Опишите последовательность изготовления литейной формы методом ручной формовки.

Чертеж элементов литейной формы выполняется по чертежу детали в соответствии с требованиями ГОСТ 2.423 – 73 и ведут в определенной последовательности.

Вначале выбирают положение отливки в форме при заливке жидким металлом и определяют плоскость разъема модели и формы, затем разрабатывают все элементы, отличающие размеры отливки от размеров детали. Эскиз детали представлен на рисунке 1. Материалом детали является высокопрочный чугун ВЧ40.

Рисунок 1 – Эскиз детали.

При выборе положения отливки в форме необходимо учесть следующее:

Требуется обеспечить равномерное или направленное затвердевание отливки;

Наиболее ответственные, обычно обрабатываемые поверхности, надо делать нижними или боковыми (эти поверхности получаются более чистыми);

Тонкостенные части рекомендуется располагать в нижних частях формы по возможности вертикально или наклонно.

Выбор разъема формы или модели зависит от конфигурации и размеров отливки, а также от характера производства. Количество разъемов должно быть минимальным. Необходимо учитывать, что наличие разъема формы может приводить к смещению частей отливки относительно друг друга (перекос). По возможности нужно всю отливку или ее большую часть помещать в одной части формы, лучше в нижней; не рекомендуется пересекать плоскостью разъема ответственные обрабатываемые или базовые поверхности. Необходимо также обеспечить рациональное размещение частей литниковой системы.

Для данной детали линия разъема будет одна, которая изображена на эскизе разработки элементов литейной формы ( ТПЖА.301100.ХХХ-01) .

Припуском на механическую обработку является слой металла (на сторону), предназначенный для снятия в процессе механической обработки с целью получения требуемой чистоты поверхности и размеров, заданных чертежом детали. Величина припусков зависит от материала литой детали, характера производства, положения обрабатываемой поверхности в форме и регламентируется с ГОСТ. Припуск на верхние поверхности отливки должен быть больше, так как в верхней части отливки могут скапливаться мелкие частицы шлака, неметаллические включения и газовые пузыри.

Припуски на механическую обработку отливок из чугуна назначаются по ГОСТ 2005 – 55, при наибольшем габаритном размере 181-250 мм /2/.

Величина припуска на усадку выбирается в зависимости от материала. На чертеже отливки величину припуска указывают в примечании или в правом нижнем углу. Модельщик при изготовлении модели использует соответствующий усадочный метр.

Для сталей при литье деталей малого веса (до 100 кг) составляет 0,8 – 1,2 % /3/.

Напуск служит для упрощения изготовления отливки. Например, отверстие диаметром 20 мм и меньше можно не оформлять в отливке, поскольку его целесообразнее просверлить в процессе механической обработки. По этой же причине сквозные и несквозные пазы менее 10 мм не отливаются. У данной детали одно отверстия с внутренним диаметром 45 мм при литье выполняется.

Формовочные уклоны служат для извлечения моделей из формы без ее разрушения. Размеры отливки увеличиваются в направлении извлечения модели из формы, то есть в сторону плоскости разъема формы. На обрабатываемые поверхности отливки формовочные уклоны даются поверх припусков на механическую обработку, на необрабатываемые – за счет увеличения или уменьшения размеров отливки.

Величина формовочных уклонов выбирается в зависимости от вида литья, материала модели и высоты поверхности, на которую назначается уклон, и обозначается в градусах или в миллиметрах /2/.

Таблица 1 - Формовочные уклоны.

Высота поверхности модели, мм	Угол модели
	угол 	Уклон а, мм
до 10 10 – 16 16 – 25 25 – 40 40 – 63 63 – 100 100 – 160	2055' 1055' 1030' 1005' 45' 35' 25'	0,5 0,55 0,65 0,75 0,85 1,00 1,20

Галтели – скругления внутренних углов при переходе от одной поверхности отливки к другой. Галтели обеспечивают извлечение модели из формы, предотвращают появление трещин и усадочных раковин в отливке, обеспечивают плавный переход.

Радиус галтели R определяется по формуле:

(1)

где a и b – толщины сопрягаемых стенок отливки в мм.

Полученные по формуле значения округляют до следующих величин (нормальный ряд радиусов): 1, 2, 3, 5, 8, 10, 16, 20, 25, 40. По возможности галтели должны быть одного радиуса.

Так как на отливках не должно быть острых углов (они являются концентраторами напряжений и затрудняют получение четкого контура отливки), все острые кромки округляют радиусами, размер которых не превышает 3 – 5 мм. Эти радиусы называются литейными и обозначаются на чертеже буквой r.

В литейной форме стержень должен сохранять устойчивое положение. Для его закрепления в форме должны быть предусмотрены углубления, в которые устанавливается стержень. Чтобы получить в форме эти углубления на моделях отливок делают выступы (знаки) /4/. Для удобства изготовления форм и стержней, а также для сборки форм знаковые части моделей имеют уклоны. Стержни в литейной форме могут находится в вертикальном и горизонтальном положениях, в данном случае стержень будет находится в вертикальном положении.

При наибольшем диаметре отверстия D=44 мм и его длине 100 мм, длина знака вертикального стержня h_н=35, h_в=30 и уклоны знаков вертикальных стержней α=7°, β=10° /2/.

После определения припусков на механическую обработку, на усадку, напусков, назначения формовочных уклонов и определения формы и размеров знаковых частей вычерчиваем эскиз модели. Модель для изготовления данной детали представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Эскиз модели:

1 – знак стержня; 2 – модель.

Модельный комплект – это совокупность технологической оснастки и приспособлений, необходимых для образования в форме полости, соответствующей контурам отливки. В модельный комплект включают модели, модельные плиты, стержневые ящики, модели элементов литниковой системы и другие приспособления.

Литейная модель – приспособление, при помощи которого в литейной форме получают полость с формой и размерами близкими к конфигурации получаемой отливки.

Имеются также модели литниковых систем, с помощью которых при формовке образуется система каналов, необходимые для поступления жидкого металла в полость формы. Обычно литниковая система состоит из следующих элементов: литниковая чаша, стояк, шлакоуловитель, питатель, выпор. Все модели должны иметь гладкую окрашенную поверхность. Стержневые знаки у моделей служат для образования опорных поверхностей в форме, на которые устанавливаются стержни. Стержневые ящики служат для изготовления стержней. При единичном производстве используют деревянные стержневые ящики. При единичном производстве используются деревянные подмодельные плиты, которые служат для установки на них моделей и опок при формовке.

Опоки – обычно стальные, чугунные или из алюминиевых сплавов – служат для удержания формовочной смеси и образования литейной песчаной формы. Центрование верхней опоки с нижней осуществляется фиксирующими штырями, которые вставляются в отверстия в приливах опок, а скрепление – скобами.

Подопочные плиты предназначаются для установки на них опок, а также готовых форм под заливку.

Формовочные материалы – это совокупность природных и искусственных материалов, используемых для приготовления формовочных и стержневых смесей. В качестве исходных материалов используют формовочные кварцевые пески и литейные формовочные глины. Глины обладают связывающей способностью и технологической устойчивостью, что позволяет получать отливки без пригара. Кроме того, используют противопригарные добавки (каменноугольную пыль, графит), защитные присадочные материалы (борную кислоту) и другие добавки.

Формовочная смесь – это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Формовочные смеси по характеру использования разделяют на облицовочные, наполнительные и единые. При единичном производстве применяют облицовочные и наполнительные смеси.

Облицовочная смесь – формовочная смесь, используемая для изготовления рабочего слоя формы. Такие смеси содержат повышенное количество исходных материалов (песка, глины) и имеют высокие физико-механические свойства.

Наполнительная смесь – формовочная смесь для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Поэтому ее приготовляют путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных материалов (песка, глины).

Формовочные смеси должны иметь высокую огнеупорность, достаточную прочность и газопроницаемость, пластичность, податливость и так далее. Формовочные смеси состоят: песок 85 –90 %, вода 3 – 5 %, глина 5 – 10 %. Песок повышает податливость смеси, газопроницаемость, жаропрочность, но снижает прочность. Глина повышает прочность, но снижает все остальные свойства. Вода повышает прочность и немного податливость, но резко снижает газопроницаемость. Также добавляют опилки, которые быстро сгорают и повышают газопроницаемость; графит повышает жаропрочность.

Стержневая смесь – это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных стержней. Стержни при заливке расплавленного металла испытывают значительные тепловые и механические воздействия по сравнению с формой, поэтому стержневые смеси должны иметь более высокую огнеупорность, газопроницаемость, податливость, малую газотворную способность, легко выбиваться из отливок и так далее.

Состав стержневых смесей: песок около 85 %, глина 5 %, в качестве связующего материала применяется жидкое стекло, цемент, отходы нефтепереработки, барду, воду не используют.

Приготовляют формовочные и стержневые смеси перемешиванием компонентов смеси в течение 5 – 12 минут с последующим их выстаиванием в бункерах. Приготовление смесей – просушка, дробление и просеивание формовочных материалов, отделение металлических включений, подача в смесители компонентов смеси, перемешивание, разрыхление и подача готовой смеси – осуществляется автоматически.

Процесс изготовления стержней включает следующие операции: формовку сырого стержня, сушку, отделку и окраску сухого стержня.

При изготовлении стержней в ручную в разъемном стержневом ящике раздельно набивают половины стержневого ящика. Поверхности разъема смазывают клеем и обе половины ящиков соединяются друг с другом и металлической иглой делают вентиляционный канал. Затем стержень удаляют из стержневого ящика, устанавливают на сушильную плиту и отправляют в сушильную печь.

Сушка стержней производится при температурах 150⁰ – 240⁰ С в течение 2 –3 часов. Температура и время сушки зависят от применяемых крепителей, а также от размеров стержней. После сушки стержни подвергают отделке и контролю. Изготовленные стержни должны обладать хорошей прочностью, высокой газопроницаемостью, огнеупорностью, податливостью, легкой выбиваемостью из отливок, низкой гидроскопичночстью и минимальной газотворной способностью. Для предотвращения пригара и улучшения чистоты поверхности отливок, стержни покрывают тонким слоем противопригарных материалов. Для сырых форм с этой целью пользуются припылами. Для сухих форм приготовляют противопригарные краски, представляющие собой водные суспензии тех же материалов: порошкообразного графита (чугунное литье).

Литниковая система – это система каналов, через которые расплавленный металл подводят в полость формы. Литниковая система должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержание шлака и других неметаллических включений, выход паров и газов из полости формы, непрерывную подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке.

Из всех применяющихся литниковых систем основными являются: верхняя, нижняя (сифонная), боковая (в этом случае питатель подводится по разъему формы).

Для получения качественных отливок стремятся обеспечить направленное затвердевание отливки.

Для данной отливки применим верхнюю сужающуюся литниковую систему.

Основные операции изготовления форм (формовки): уплотнение формовочной смеси для получения точного отпечатка модели в форме и придание форме достаточной прочности; устройство вентиляционных каналов для вывода газов из полости формы; отделка и сборка форм. По степени механизации различают формовку: ручную и машинную.

Для данного случая применим формовку в парных опоках по разъемной модели. Литейную форму, состоящую из двух полуформ, изготовляют по разъемной модели в следующей последовательности: устанавливают нижнюю опоку «ушками» вниз, помещают нижнюю половину модели отливки и модель питателя, наносят слой формовочной смеси и обжимают ее руками, заполняют опоку формовочной смесью и уплотняют тромбовкой, срезают излишки формовочной смеси и переворачивают на 180⁰; кладут верхнюю опоку и устанавливают верхнюю половину модели отливки и модель шлакоуловителя, стояка и выпора; наносят разделительный слой песка; наносят слой формовочной смеси и обжимают ее руками; заполняют опоку формовочной смесью и уплотняют тромбовкой; убирают излишки формовочной смеси и извлекают модели стояка и выпора, расшатывая их; раскрывают опоки и извлекают модели отливки, шлакоуловителя и питателя, удаляют перемычку, продувают форму и ставят стержень, закрывают опоки и ставят их под заливку.

Заливка литейных форм – процесс заполнения полости литейной формы расплавленным металлом из чайниковых, барабанных и других ковшей.

Важное значение при заливке форм имеет выбор температуры заливки расплавленного металла. При повышенной температуре заливки возрастает жидкотекучесть металла, улучшается питание отливок, но горячий металл более газонасыщен, сильнее окисляется, вызывает опасность незаполнения полости формы, захвата воздуха, ухудшается питание отливки. Температуру заливки сплавов целесообразно назначать на 100⁰ – 150⁰С выше температуры ликвидуса.

Охлаждение отливок в литейных формах после заливки продолжается до температуры выбивки. Время охлаждения отливок в форме зависит от теплофизических свойств формовочной смеси, толщины стенок отливки, от теплосодержания металла и от его склонности к образованию трещин.

Выбивка отливок – процесс удаления затвердевших и охлажденных до определенной температуры отливок из литейной формы, при этом литейная форма разрушается, стержень удаляется. Преждевременная выбивка ввиду недостаточной прочности отливок может привести к деформации или разрушению их под действием внешних нагрузок.

Обрубка отливок – процесс удаления с отливки прибылей, литников, выпоров и заливов по месту сопряжения полуформ. Обрубку производят пневматическими зубилами, ленточными и дисковыми пилами, газовой резкой и на прессах. После обрубки, отливки зачищают, удаляя мелкие заливы, остатки прибылей, выпоров и литников. Зачистку выполняют маятниковыми и стационарными шлифовальными кругами, пневматическими зубилами, газопламенной обработкой и другими способами.

Очистка отливок – процесс удаления пригара, остатков формовочной и стержневой смеси с наружных и внутренних поверхностей отливок. Ее осуществляют в галтовочных барабанах периодического или непрерывного действия, в гидропескоструйных и дробометных камерах, химической или электрохимической обработкой и другими способами.

При данном виде литья форма деталей образуется за счет формовочной смеси и модели детали. Для предохранения земляной литейной формы от разрушения, как во время ее формовки и сборки, так и при переноске и заливке, применяются особые жесткие рамки из дерева, чугуна или стали, называемые опоками. Опоки должны быть по возможности легкими и прочными.

Деревянные опоки дешевле и легче металлических, но менее жестки; продолжительность их службы невелика. Нормальными опоками для ручной формовки являются чугунные опоки, а для машинной формовки – применяются литые стальные.

Последовательность операций формовки в двух опоках по неразъемной модели представлена производится в следующем порядке. При формовке в опоках по разъемной модели операции аналогичны неразъемной, но части модели находятся в разных опоках.

Для образования литейной формы используется модель детали. Модели изготавливаются из дерева, металла и пластика.

Формовочные смеси чрезвычайно разнообразны и зависят от характера литья и качества применяемых материалов. В последние годы получил распространение метод скоростной формовки крупного и среднего чугунного и стального литья с применением поверхностной подсушки форм, изготовляемых с облицовочными формовочными смесями на жидком стекле.

Стержневые смеси также изготовляют из различных материалов и разделяются на две группы: смеси, в которых связующим веществом служит глина и смеси на специальных связующих веществах или крепителях.

Наиболее применяемыми крепителями являются жидкое стекло и цемент. Цемент в качестве связующего может применяться для средних и крупных стержней в чугунно- и сталелитейном производстве, а также для облицовочных формовочных смесей. Стержни на цементе не требуют сушки, так как затвердевают на воздухе в течение порядка 1 суток. Для этой цели рекомендуется применять цемент марки не ниже 400.

Огнеупорность смеси, несомненно, снижается вследствие прибавления цемента, однако пригар цементных стержней при стальном литье получается несколько меньше пригара стержней из обычной глинистой смеси. Ввиду сравнительной дешевизны его можно применять в крупных стержнях, что дает возможность значительно расширить область блочной формовки в стержнях и сократить потребность в сушилах и опочном инвентаре.

Также правильная технология приготовления рабочих формовочных и стержневых смесей имеет большое значение для качества смесей. При неправильном процессе приготовления легко получить ухудшенное качество готовых смесей, несмотря на хорошее качество исходных материалов.

В настоящее время в литейных цехах в подавляющем большинстве случаев применяется механизированное приготовление и транспортирование формовочных материалов и смесей с помощью разнообразных машин и установок. Механизация приготовления рабочих смесей имеет первостепенное значение для обеспечения их высокого качества, которое недостижимо при ручном приготовлении. Кроме того, механизация приготовления и транспорта земель и смесей имеет большое экономическое значение в отношении удешевления этих процессов.

После приготовления смесей и стержней производится формовка литейной формы. Формовка и сборка форм – наиболее сложные и трудоемкие технологические процессы в литейном производстве. Ручная формовка и сборка сложного ответственного литья требуют более высокой квалификации рабочих, чем прочие работы в литейном цехе. Для уплотнения земли в данном случае служат клинообразные и плоские пневматические трамбовки.

Машинная формовка имеет большие преимущества по сравнению с ручной. Механизация процесса уплотнения и выемки модели из формы облегчает труд рабочего, обеспечивает большую точность отливок и значительное повышение производительности труда.

Различают два метода уплотнения литейных форм прессованием – верхнее и нижнее прессование. Применение вибраций во время прессования дает возможность использования существующих прессовых машин для формовки опок большей высоты, а также для достижения нормальных степеней уплотнения при пониженном давлении воздуха в магистрали. Применение вибрации в комбинации с прессованием значительно улучшает равномерность в распределении уплотнения, устраняя тем самым основной недостаток прессования.

Для уплотнения и загрузки формовочной смеси используется пескомет, рабочей частью которого является метательная головка. При набивке пескометом земля равномерно уплотняется по высоте опоки: и у модели, и в средних слоях, и на тыловой поверхности уплотнения приблизительно одинаково. Степень уплотнения регулируют переключением вращения ковша головки на другую скорость. Пескометы, как правило, благодаря большой производительности применяются для набивки лишь средних и крупных опок. В результате получается литейная форма представленная на чертеже ТПЖА.301100.ХХХ-02.

Последними операциями перед заливкой металла являются выем модели из опоки и соединение, и закрепление опок. /1/.

После остывания металла достают отливку и производят ее очистку. Чертеж отливки детали корпус представлена на чертеже ТПЖА.301100.ХХХ-03.

2 Разработайте технологический процесс изготовления детали методом холодной листовой штамповки. При выполнении работы следует: установить технологические операции, необходимые для получения детали; определить размеры заготовки; установить вид исходного материала, привести его химический состав и механические свойства; изобразить схему раскроя и определить коэффициент использования материала; выполнить необходимые технологические расчеты; определить технологические зазоры при выполнении разделительных операций; определить минимально допустимый радиус гибки; выбрать штамп и указать последовательность выполняемых на нем операций; изобразить схему штампа и описать его работу; установить способ подачи заготовки в штамп; определить усилия на операциях; привести схему оборудования и описать его работу. Материал детали – Ст3.

Листовая штамповка – метод изготовления плоских и объемных тонкостенных изделий из листового материала, ленты или полосы с помощью штампов на прессах или без применения прессов. Наиболее распространена холодная листовая штамповка из полос 0,1-5 мм толщиной.

Основные преимущества листовой штамповки: возможность изготовления прочных, жестких, тонкостенных деталей простой и сложной формы; высокая производительность, экономный расход металла и простота процесса; относительная простота механизации и автоматизации процесса.

Листовой штамповкой изготовляют детали приборов, велосипедов, мотоциклов, металлическая посуда и другое.

Все операции листовой штамповки можно классифицировать на разделительные и формоизменяющие.

В качестве заготовки применяется лента из стали Ст3.

Технологический зазор при выполнении разделительных операций зависит от толщины материала и его свойств. Он принимается z = 0,3 мм на сторону.

В качестве инструмента при холодной листовой штамповке используются штампы. Они состоят из блоков деталей и рабочих частей - матриц и пуансонов. Рабочие части непосредственно деформируют заготовку. Детали блока (верхняя и нижняя плиты, направляющие колонки и втулки) служат для опоры, направления и крепления рабочих частей штампа.

В процессе штамповки штампуемую полосу устанавливают на пуансон-матрицу. Находясь между матрицей и пуансон-матрицей, штампуемая полоса перекрывает контур пуансона на 2-3 мм. При опускании ползуна пресса (через верхнюю плиту, закрепленную на ползуне пресса) передается давление на держатель пуансонов с пуансоном и на матрицу. Матрица совместно с пуансон-матрицей вырезает контур детали, а пуансон совместно с пуансон-матрицей пробивает отверстие. За один ход ползуна пресса выходит готовая деталь.

На рисунке 3 представлен штамп для вырубки и пробивки.

Рисунок 3 – Схема штампа для вырубки и пробивки:

1 – прокладка нижняя; 2 – держатель

пуансон-матрицы; 3 - съемник; 4 – пуансон-матрица; 5 – пуансон; 6 – выталкиватель; 7 - матрица; 8 – держатель пуансонов; 9 – прокладка верхняя.

Усилие при операции вырубки и пробивки рассчитывается по формуле:

,

где L – периметр вырезаемого (пробиваемого) контура, мм;

s – толщина материала, мм;

- сопротивление срезу, кгс/мм² .

Эскиз детали, которую необходимо получить методом холодной штамповки представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Эскиз детали.

Схема раскроя полосы и эскиз заготовки с размерами представлены на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема раскроя и эскиз заготовки.

Последовательность операций для получения исходной детали следующая:

1. вырубка заготовки и прошивка отверстий;

2. гибка необходимой формы.

Коэффициент использования материала при штамповке из ленты рассчитывается по формуле:

,