1. Постановка и оценка задачи

   1. Задание

Разработать технологию серийного производства детали методом отливки (рисунок 1).

Вариант	Программа, шт/год	Материал	Размеры, мм
			D1	D2	D3	D4	D5	D6	L1	L2	L3
7	3000	СЧ20	200	240	400	450	260	12	260	20	160

Рисунок 1 – Рис. 5, строка 7.

Деталь предлагаемая в задании относится к группе втулок (рисунок 2). Максимальный диаметр изделия – 450 мм, толщина фланцев – 20 мм, вдоль оси втулки проходит сквозное отверстие с диаметрами D₁ = 200 мм и D₂ = 240 мм. Масса детали = 60.0343 кг, объём = 8.5*10^-3м³. Количество изделий производимых за год – 3000 шт.

Рисунок 2 – Втулка.

2. Характеристика сплава

Данный в задании сплав СЧ20 ГОСТ 1412 – 85 относится к группе ферритных и ферритно – перлитных чугунов, имеет следующий химический состав (Таблица 1.)

Таблица 1. Химический состав применяемый для изготовления втулки

Марка чугуна	Массовая доля элементов
	C	Si	Mn	P	S
СЧ 20	3,3…3,5	1,4…2,2	0,7...1,0	0,2	0,15

Содержание углерода в СЧ 20 (3,3…3,5% C и 1,4…2,2% Si). В СЧ 20 находится до 1% марганца.

Надежность и долговечность втулки зависит от механических и технологических свойств материала, из которого она изготовлена. В таблице 2. показаны механические свойства чугунов при сжатии, растяжении, изгибе и кручении.

Прочностные свойства чугуна (σ_в, σ_с, τ_в, σ_u ) определяются характером его структуры, которая в свою очередь, зависит от химического состава и условий охлаждения чугуна в литейной форме.

Таблица 2. Механические свойства чугуна

Марка чугуна	При растяжении
	σв, МПа	HB	Е • ,МПа	δ, %		,МПа
СЧ 20	196	170...241	85	0,4...0,6		90
	При сжатии				При кручении
	, МПа	φ, %	, МПа	, МПа		, МПа
	850	30	120	300		100
	При изгибе				КСU, Дж/		φ, % при вибрации под нагрузкой
	, МПа		, МПа		40		30
	400		67

Прочность серого чугуна определяется, прежде всего, его металлической основой. Такие свойства как σ_в, ударная вязкость (КСU), длительная прочность зависят как от свойств металлической основы, так и от формы или размеров и количества графитных включений.

Прочность серого чугуна зависит от вида нагружения: при растяжении σв имеет наименьшее значение; наибольшее значение прочности серые чугуны имеют при сжатии. При кручении τ_в и изгибе σ_u ниже, сжатии, но выше чем при растяжении. Усталостная прочность характеризуется по пределам выносливости (σ_-1, τ_-1, σ_-1С и σ_-1u), значения которых почти равны при различных видах нагружения (таблица 2). От предела выносливости зависит долговечность картера шестерен.

Пластические свойства ферритных чугунов СЧ 20 зависят от вида нагруженного состояния: при сжатии φ наиболее высокое, при кручении и изгибе пластичность меньше и при растяжении еще меньше (δ = 0,4...0,6).

Ударная вязкость выявляет склонность к хрупкому разрушению и определяется работой распространения трещины, чем больше KCU, тем меньше возможность внезапного хрупкого разрушения. Ударная вязкость серого чугуна зависит от пластичности.

Твердость чугуна почти полностью зависит от структуры металлической основы, а модуль упругости зависит от графита.

Физические свойства серого чугуна (плотность, тепловые свойства) зависят от состава и структуры, а именно от марки чугуна (таблица 3). В жидком состоянии плотность можно принять для серого чугуна ρ = 6,7..7,1 г/ .

Коэффициент линейного расширения (α), теплоемкость (с) и теплопроводность (λ) зависят также от состава и структуры чугуна, но главным влияющим фактором является температура, с повышением которой с и α увеличиваются, а λ понижается.

Таблица3. Физические свойства серого чугуна.

Марка чугуна	ρ, г/	, 1/ºC	, калл/(см•с•ºC)	, Дж/кг•ºC	tл, ºС
СЧ 20	7,0...7,2	10...11	0,10...0,12	586...628	1200...1240

Коррозионная стойкость серого чугуна повышается по мерее измельчения графита и уменьшения его количества, при однофазной структуре матрицы, а также при уменьшении Si, S и P. В чистой атмосфере металла составляют 0,025 мм/год, в городской атмосфере – 0,125 мм/год, в воде – < 0,125 мм/год, в почве – 0,13...0,60 мм/год. Термостойкость серого чугуна определяется механическими свойствами, теплопроводностью и коэффициентом расширения. Чем больше α, δ и σ_в, меньше Е, тем выше термостойкость.

Технологические свойства – обрабатываемость чугуна определяются его составом и структурой. Обрабатываемость серого чугуна связана с его твердостью НВ обратной зависимостью. Присутствие графита при механической обработке делает структуру ломкой и давление на инструмент уменьшается. Обрабатываемость оценивается стойкостью инструмента или по эквивалентной скорости резания. При 150 НВ – V_экв = 1,0; при 180 НВ – V_экв = 0,65 и при 200 НВ – V_экв = 0,55.

Литейные свойства характеризуются по жидкотекучести, которая определяется по спиральной пробе, отливаемой в песчаной форме. Жидкотекучесть (λ_ж) повышается с увеличением углеродного потенциала и температуры заливки. Чем ниже марка чугуна и выше содержание С, тем больше λж. При высоком значении λ_ж уменьшается вероятность образования спаев, газовых раковин, усадочной пористости.