Лабораторная работа № 6 Литье в песчаные формы
Цель работы: изучить последовательность изготовления отливок методом литья в песчаные формы; проанализировать преимущества и недостатки данного метода.
Оборудование, приспособления, инструмент, материалы: печь электрическая, опока, литниковая система, модель, песчаная смесь, лопатка, трамбователь, заливной ковш, литьевой металл.
Теоретические сведения
Литейное производство отрасль машиностроения, которая занимается изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму (называемую литейной формой), полость которой имеет конфигурацию заготовки или детали. Основная задача литейного производства - получение заготовок, максимально приближенных по форме и размерам к форме и размерам готовой детали, чтобы последующая обработка заготовок сводилась к отделочной обработке и шлифованию.
Существуют следующие методы литья:
в песчаные формы;
в металлические формы (кокили);
в оболочковые формы;
по выплавляемым моделям;
под давлением;
центробежное литье и др.
Из общего выпуска отливок около 75 % производят в песчаных формах, 20 % - в металлических, 5 % - другими способами литья. Для производства отливок используют следующие сплавы:
чугуны (серый, белый, ковкий, модифицированный, высокопрочный магниевый);
стали (углеродистые и легированные);
сплавы цветных металлов (медные, алюминиевые, магниевые, титановые).
Основные литейные свойства сплавов :
жидкотекучесть способность сплавов течь в расплавленном состоянии по каналам литейной формы, заполняя ее полости; различают сплавы с высокой жидкотекучестью (серый чугун, сплавы алюминия с кремнием, кремнистая латунь), сплавы со средней жидкотекучестью (углеродистые стали, белый чугун, сплавы алюминия с медью и магнием), сплавы с пониженной жидкотекучестью (магниевые);
усадка свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании и охлаждении, различают линейную и объемную усадку, выраженные в относительных единицах; усадка в отливках проявляется в виде усадочных раковин, пористости, трещин, коробления;
низкая способность к поглощению газов в жидком состоянии;
минимальные литейные напряжения и др.
Изготовление отливок в песчаных формах производится в следующей последовательности:
изготовление модельных комплектов;
подготовка формовочных материалов и смесей;
изготовление литейных форм;
изготовление стержней;
сборка и заливка форм, выбивка, очистка и обрубка отливок;
контроль качества отливок.
Литейные формы при литье в песчаные формы изготавливают по литейным моделям в литейных опоках. Литейная опока приспособление для удержания формовочной смеси при изготовлении формы. Модельный комплект совокупность технологической оснастки, необходимой для создания в форме полости, соответствующей конфигурации отливки. В модельный комплект включают: модели, подмодельные плиты, стержневые ящики, модели элементов литниковой системы.
Литейная модель повторяет наружное очертание отливки; литейные стержни используют для получения отверстий, полостей в отливках; литниковая система система каналов, по которым расплавленный металл поступает в полость литейной формы. Литниковая система (рис. 1) обычно состоит из литниковой чаши 1, вертикального канала стояка 2, шлакоуловителя 3, питателей 4, выпора 5.
Формы и стержни изготавливают из формовочных и стержневых смесей, которые должны обладать следующими свойствами: пластичностью; текучестью; газопроницаемостью; прочностью; противопригарностью.
Формовочная смесь содержит кварцевый песок, глину, воду и противопригарные материалы. К противопригарным материалам относятся: каменный уголь, мазут, графит, краски и др.
Для повышения прочности стержней используют связующие материалы. Они делятся на два класса: А неводные и Б водные, растворяющиеся в воде. К крепителям класса А относятся: масла битумы, канифоль, класса Б декстрин (продукт, получаемый из картофельного или маисового крахмала обработкой разбавленными кислотами при нагревании), патока, барда (отход, получаемый при обработке древесины слабой сернистой кислотой, в процессе изготовления бумаги).
При проектировании отливок необходимо выполнять следующие требования:
простота конструкции отливки;
наружные и внутренние поверхности отливок должны иметь уклоны;
толщина стенок не должна быть меньше определенной величины, зависящей от применяемого сплава и способа отливки; так, наименьшая толщина стенок для отливок из чугуна составляет - 3…5 мм, стальных отливок - 5…8 мм, отливок из цветных металлов - 3…5 мм;
величина припуска на обработку определяется сложностью отливки, способом ее изготовления и составляет: при чугунном литье - 3…4 мм, стальном литье - 4…5 мм;
для предотвращения внутренних напряжений, неравномерной усадки и трещин толщина стенок выполняется одинаковой;
наиболее ответственные поверхности, подвергающиеся механической обработке, располагают в нижней части формы.
Проектирование технологии изготовления отливок.
Прежде чем приступить к проектированию технологического процесса изготовления отливки, необходимо выбрать наиболее рациональный способ ее производства, который наряду с требующимися служебными свойствами изделия обеспечил бы наиболее высокие технико-экономические показатели производства и экономный расход материалов.
Целесообразность выбранного способа изготовления заготовки может быть определена путем сравнительного расчета относительных себестоимостей вариантов изготовления. При выборе способа изготовления заготовки в большинстве случаев достаточно определить относительную технологическую себестоимость сравниваемых способов, которая складывается из стоимости материалов, заработной платы рабочих, расходов на оснастку и инструмент, на обслуживание и эксплуатацию оборудования и т. д.
Технологический процесс изготовления отливки проектируют в определенной последовательности и в соответствии со стандартами ЕСКД, ЕСТД и др. При проектировании поступают следующим образом.
И
сходным
документом для разработки отливки
является чертеж детали (рис. 2), на котором
поверхности, подлежащие механической
обработке, отмечены знаком
На чертеже отливки наносят модельно-литейные указания. Дополненный таким образом чертеж при единичном и мелкосерийном производстве представляет собой основной технологический документ. Он определяет все особенности технологического процесса и является основой для проектирования и изготовления модельного комплекта и выбора других приспособлений (опок, шаблонов и пр.), необходимых для изготовления литейной формы. В массовом и крупносерийном производстве на все объекты модельной оснастки разрабатывают рабочие чертежи и технологию изготовления каждого объекта оснастки.
Правила графического выполнения на карте эскизов элементов литейной формы и отливки устанавливает ГОСТ 3.1125-88 1.
Чертеж (или эскиз) собранной формы выполняют со всеми размерами. Он должен давать представление о расположении стержней, литниковой системы, холодильников, выпоров, прибылей. С этой целью вычерчивают минимально необходимое число разрезов формы с тем, чтобы можно было собрать форму, не прибегая к помощи чертежа отливки. При разработке эскиза отливки с литейно-модельными указаниями на эскиз детали условно наносят (рис. 3): плоскость разъема модели и формы; припуски на механическую обработку; контуры стержня со стержневыми знаками; формовочные уклоны на вертикальных стенках; отверстия, не получаемые при литье, зачеркивают тонкими линиями.
Рис. 3. Чертеж отливки.
При нанесении технологических указаний на чертеже детали определяют оптимальный разъем модели и формы, положение отливки в форме при заливке, последнее устанавливают в зависимости от конфигурации отливки, вида формы, литниковой системы, требований в отношении плотности металла, шероховатости поверхности и т. д.
Для получения плотной отливки в соответствии с принципом направленной кристаллизации наиболее массивные ее узлы располагают при заливке сверху, ответственные поверхности отливки стремятся расположить внизу или вертикально. Разъем модели и формы показывают отрезком, над которым указывается буквенное обозначение разъема – МФ (см. рис. 3). Положение отливки в форме при заливке указывается стрелками и буквами В (верх) и Н (низ).
При определении разъема модели и формы выбирают такой вариант, который обеспечивает наименьшую трудоемкость изготовления модельной оснастки и формы, беспрепятственное удаление модели из формы, повышение размерной точности отливки и уменьшение затрат на очистку и дальнейшую ее обработку. При использовании неразъемных моделей указывают только разъем формы; его обозначают буквой Ф. На чертеже указывают также припуски на механическую обработку. Припуск слой металла, предназначенный для удаления в процессе механической обработки отливки. Величину припусков выбирают в зависимости от способа литья, материала и класса точности отливки, наибольшего размера отливки, а также положения обрабатываемой поверхности в форме в момент заливки. Для отливок черных и цветных металлов и сплавов припуски назначают по ГОСТ 26645-85 2. Для тех поверхностей отливки, которые при заливке металлом формы обращены вверх, назначают припуск больший, чем на нижних и боковых поверхностях, так как неметаллические и газовые включения скапливаются обычно наверху. Припуски на механическую обработку наносят сплошной тонкой линией. Отверстия, впадины и т. п., не выполняемые при отливке детали, зачеркивают сплошной тонкой линией. Для облегчения извлечения модели из формы на ее вертикальных поверхностях (перпендикулярных к плоскости разъема) выполняются уклоны. Уклоны могут быть конструктивными и формовочными. Уклоны, предусмотренные при конструировании отливок, называют конструктивными; размеры отливок в этом случае не изменяются. При отсутствии конструктивных уклонов предусматривают формовочные уклоны, которые влекут за собой изменение размеров отливки. Формовочные уклоны в зависимости от требований, предъявляемых к поверхностям отливки, следует выполнять в соответствии с ГОСТ 3212-92 3.
Для получения на отливках плавных переходов от одной поверхности к другой предусматривают галтели, которые улучшают качество отливок. Далее, для нанесения технологических указаний на чертеже детали определяют число стержней, оформляющих внутренние полости отливки или отдельные ее внешние части и их границы. Стержни, их знаки изображают в масштабе чертежа сплошной тонкой линией. Стержни в разрезе следует штриховать только у контурных линий. Стержни обозначают буквами ст. и порядковыми номерами, например, ст. 2. Размеры знаков стержней – по ГОСТ 3212-92.
Устанавливают тип литниковой системы, места подвода питателей к отливке. Рассчитывают литниковую систему и показывают на чертеже детали во всех необходимых проекциях, позволяющих получить полное представление обо всех ее элементах. Литниковую систему выполняют в масштабе изображения детали сплошной тонкой линией. Сечения элементов литниковой системы не штрихуют.
Прибыли и выпоры вычерчивают так же, как и литниковую систему в масштабе и во всех необходимых проекциях. Каждой прибыли присваивается порядковый номер. На чертеже отливки показывают холодильники и другие элементы, применение которых необходимо для получения качественной отливки.
Технологическая документация технологических процессов литья в зависимости от типа производства и вида технологического процесса кроме карты эскизов КЭ включает: маршрутную карту МК, карту технологической информации КТИ и др.
Формы и правила оформления документов на технологические процессы литья изложены в ГОСТ 3.1401-85 4.
Технологические документы определяют как порядок, так и условие выполнения технологических операций при изготовлении отливки, В них также перечисляют необходимые материалы, оборудование, оснастку, основной и вспомогательный инструмент, норму выработки в смену, расценки на одну отливку.
В технологических документах приводят перечень технологических указаний по изготовлению модельного комплекта, стержневых ящиков, литейной формы и стержней, указывают продолжительность и температуру заливки металла в форму, температуру выбивки отливки из формы, способы очистки поверхности отливки, термической обработки и контроля.