Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация

Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация

СОДЕРЖАНИЕ

вВЕДЕНИЕ 5

1. АНАЛИЗ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЛИТЬЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ 6

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ ТЕПЛООБМЕННИКА

10

2.1. АНАЛИЗ ЗАКАЗА 10

2.2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ЛИТОЙ ДЕТАЛИ И ВЫБОР СПОСОБА

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ 11

2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОТЛИВКИ В ФОРМЕ ПРИ ЗАЛИВКЕ 15

2.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЧАСТКОВ ПОВЕРХНОСТИ ОТЛИВКИ, ВЫПОЛНЯЕМЫХ СТЕРЖНЯМИ 17

2.5. ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛЬНОГО КОМПЛЕКТА 17

2.6. КОНСТРУКЦИЯ И РАЗМЕРЫ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКТОВ 20

2.7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И КОНСТРУКЦИИ ОПОК 21

2.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ 21

2.9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВА ПРИ ЗАЛИВКЕ В ФОРМУ 23

2.10. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТЛИВОК В ФОРМЕ 23

2.11. ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ 25

2.12. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВКИ 26

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РУЧНОЙ ФОРМОВКИ 27

3.1. ОСОБЕННОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ РУЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ 27

3.1.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РУЧНОЙ ФОРМОВКЕ 27

3.1.2. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ 27

3.2. ПОДГОТОВКА ЛИТЕЙНОЙ ОСНАСТКИ 30

3.3. УПЛОТНЕНИЕ СМЕСИ В ОПОКЕ 31

3.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ 32

3.5. СУШКА СТЕРЖНЕЙ 32

4. АНАЛИЗ БРАКА ПОЛУЧЕННЫХ ОПЫТНЫХ ОТЛИВОК И ПУТИ ЕГО УСТРАНЕНИЯ 34

5. ПОСТРОЕНИЕ ПРИБЛИЖЕННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СКОРОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ

ОТЛИВКИ 40

5.1. ОСНОВЫ ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ 40

5.2. РАСЧЕТ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ 44

5.3. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ 47

6. ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНОВ 48

6.1. РАЗНОВИДНОСТИ НАРУШЕНИЙ ПЛОТНОСТИ СЕРОГО ЧУГУНА 48

6.1.1. МИКРОПОРИСТОСТЬ 48

6.1.2. МАКРОПОРИСТОСТЬ 51

6.1.3. ГРУБАЯ ДЕФЕКТНАЯ ПОРИСТОСТЬ 53

6.2. ФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕРМЕТИЧНОСТИ СЕРЫХ ЧУГУНОВ 54

7. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 61

7.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА 61

7.1.1. РАЗРАБОТКА СПОСОБА И МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА

61

7.1.2. КОНСТРУКЦИЯ ГЕРМЕТОМЕТРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА

64

7.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ЧУГУНА 66

7.2.1. ТВЕРДОСТЬ КАК ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ 66

7.2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ БРИНЕЛЛЯ 66

7.2.3. ПОРЯДОК РАБОТЫ НА ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОМ ПРИБОРЕ 2109 ТБ 67

7.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 69

7.3.1. МАКРОАНАЛИЗ СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ 69

7.3.2. МАКРОАНАЛИЗ ИЗЛОМА МЕТАЛЛА 70

7.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 70

7.4.1. МИКРОСТРУКТУРА ЧУГУНА 70

7.4.2. МИКРОАНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ 72

7.4.3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ МИКРОШЛИФОВ 72

7.4.4. ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ 73

7.4.5. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОГРАФИЯ 74

8. ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 76

8.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ОБРАЗЦА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА

ГЕРМЕТИЧНОСТЬ 76

8.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ НА

ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНА 80

8.2.1. МАКРОСТРУКТУРА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА 83

8.2.2. МИКРОСТРУКТУРА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА 89

8.2.3. ВЛИЯНИЕ СУРЬМЫ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНА 89

8.3. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА 98

9. ОХРАНА ТРУДА 102

9.1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ ПРИ

РАБОТЕ В ЛИТЕЙНОЙ ЛАБОРАТОРИИ 102

9.2. МЕРОПРИЯТИЯ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА УСТРАНЕНИЕ И СНИЖЕНИЕ ВЫЯВЛЕННЫХ

ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ 103

9.3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОТВАЛОВ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА 109

10. ВЫВОДЫ 112

ЛИТЕРАТУРА 114

ВВЕДЕНИЕ

Рациональное использование природных ресурсов и энергии является

важнейшей задачей производства, экономики и экологии. Поэтому создание

оборудования, позволяющего экономить тепловую энергию, является наиболее

актуальным.

В решении этой проблемы важная роль принадлежит литейному производству,

т.к. литьем получают большинство гидравлического и энергетического

оборудования. Среди подобного оборудования особое место занимают литые

теплообменники, конструкция которых постоянно усовершенствуется, позволяя

более рационально использовать тепловую энергию. Другим направлением в

производстве теплообменников, является их удешевление за счет используемого

при их отливке сплава. т.к. к подобным отливкам предъявляются повышенные

требования по герметичности, то их обычно изготавливают из стали, цветных

сплавов или высокопрочного чугуна, что значительно увеличивает стоимость

этих отливок. Выход видится в использовании серого чугуна, для чего

необходимо найти способы улучшить его свойства.

В производстве подобных отливок также важная роль отводится

математическому моделированию, которое в значительной степени упрощает

прогнозирование процесса формирования отливки, структуры металла и, в

конечном итоге, качества получаемой отливки.

1 АНАЛИЗ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЛИТЬЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Производство теплоэнергетического оборудования является важной

экономической и экологической задачей. Это определяет актуальность задачи

повышения надежности и долговечности работы и коэффициента полезного

действия энергетического оборудования, в том числе и теплообменников.

Надежность и экономичность работы этих агрегатов определяется

работоспособностью радиаторов - узлов, работающих в условиях повышенных

давлений и в агрессивной среде.

Теплообменники подразделяются на промышленные и бытовые. Выпуск

бытовых радиаторов впервые был налажен еще в 40-х годах на Московском

чугунолитейном заводе им.Войкова (Россия). [1]. Были созданы различные типы

радиаторов, разработаны технологии их производства.

На заводе им.Войкова проводились исследования по разработке связующих

материалов для стержневых смесей, применяемых в производстве радиаторов. В

результате исследований был разработан безмасляный крепитель БК. [2]. Для

стержневых смесей был предложен также безмасляный крепитель КО, для

изготовления которого использовались остатки производства синтетических

жирных кислот, растворенных в уайт-спирите. [3].

Особые требования при литье радиаторов предъявляются к металлу отливки.

Сплав должен обладать:

- прочностью,

- износостойкостью,

- коррозионной стойкостью,

- герметичностью.

Такими материалами обычно служат сталь, чугун и некоторые цветные

сплавы. Однако, высокая стоимость стали и цветных сплавов, а также низкие

литейные свойства этих сплавов ограничивают широкое их применение в

качестве материала для отливок гидросистем и теплоэнергетического

оборудования. Наиболее широкое применение при изготовлении теплообменников

получил чугун, как более дешевый, доступный и хороший литейный материал.

[24]. Одним из основных требований, предъявляемых к чугуну, является его

герметичность.

Требования по герметичности предъявляются к большинству отливок,

работающих с жидкостями и газами под давлением. При наблюдении за работой

гидравлических устройств, работающих под давлением, часто приходится

наблюдать явления, противоречащие друг другу. Так, в ряде случаев одни и те

же материалы иногда ведут себя по-разному. То появляется просачивание

жидкости при небольшом давлении, то при значительных давлениях тот же

материал ведет себя совершенно по-другому и показывает хорошую

герметичность. [24].

Герметичность отливок зависит от неплотного строения. Неплотное

строение отливок вызывают макро- и микродефекты. Макродефекты - усадочные,

песчаные, шлаковые раковины, различного рода трещины, спаи и другие

нарушения сплошности металла; микродефекты - газовая и рассредоточенная

усадочная пористость, крупные выделения графита, дефекты, связанные с

фазовыми превращениями материала отливки и другие. [8]. Эти дефекты

приводят к браку отливок.

С целью изучения герметичности чугунов многими исследователями были

проведены ряд опытов, которые проливают свет на природу герметичности

чугунов. Герметичность определяют различными способами: минимальной

толщиной стенки, выдерживающей заданное давление, максимальным давлением до

появления течи, расходом жидкости и газа через стенку определенной толщины

при постоянном давлении, поэтому невозможно сопоставить результаты

отдельных исследователей.

Так, например, Г.Тамман и Г.Брейдемейер предложили метод определения

пористости чугуна красящими веществами. Чугунные кубические образцы с

длиной ребер 30 и 60 мм помещали в свободное пространство стального

цилиндра с плотно пригнанным поршнем, заливались водным раствором фуксина

или зозина и с помощью пресса в течение 10-30 минут подвергали

гидростатическому давлению. По количеству красителя, проникающего в

образец, определялась пористость чугуна. [24].

В США применяется электропневматический метод испытания на

герметичность. [8]. Скорость утечки сжатого воздуха из полости отливки

контролируется электрическими датчиками. Метод пригоден для проверки

различных по объему образцов при различных давлениях и позволяет

качественно оценить герметичность, автоматизировать процесс испытания и

автоматически сортировать отливки по герметичности.

Герметомер, созданный в Санкт-Петербургском политехническом институте

(Россия), основан на определении количества газа, просочившегося через

стенку образца за определенное время. [8]. Герметичность определяют с

достаточно высокой точностью. Недостаток - низкая производительность и

необходимость изготовления специальных образцов.

На предприятиях, выпускающих гидравлическую аппаратуру и оборудование,

испытания на герметичность проводят на специальных стендах. К рабочей

полости изделия в течение определенного времени под давлением (1.5-2.5

номинального) подводится рабочая жидкость. По величине потери давления

определяется герметичность рабочей полости. [8].

В Одесском политехническом университете проводились исследования

герметичности серых чугунов, подвергая образец, вырезанный из отливки,

одностороннему давлению жидкости (газа). [9].

Результаты испытания серых чугунов разного состава иллюстрируют влияние

графитовой и усадочной пористости на характер фильтрации жидкости. Анализ

показывает, что количество просочившейся жидкости и, следовательно,

определившаяся при этом величина герметичности зависят от пористости в

сплаве, а также от свойств металлической основы (фазовый состав, прочность

и пластичность материала). [8,9].

Известно, что величина и тип пористости, являющийся одним из основных

критериев герметичности, в значительной степени зависят от величины

интервала кристаллизации. [19]. Поэтому большое значение приобретает

химический состав применяемого чугуна, определяющий интервал

кристаллизации. Исследованы зависимости пористости от содержания в чугуне

углерода и кремния. [19, 20, 21]. Установлено, что при увеличении

содержания углерода и кремния возрастают число пор и их размер.

Установлено, что герметичность чугунных отливок с пластинчатым графитом

зависит от количества и размеров включений графита в структуре чугуна.

[22]. Графитовые включения, сообщаясь между собой, приводят к образованию

“транзитной” микропористости из-за сообщаемости между собой зазоров на

границах графит-матрица по сечению стенки отливки, что приводит к браку

отливки по “течи”. По этим зазорам проникают жидкости и газы в стенках

сосудов, работающих под давлением. [23].

Учитывая все вышеизложенное, основными мероприятиями, направленными на

совершенствование технологии радиаторного литья, должны быть;

создание технологичных конструкций;

повышение плотности серого чугуна и использование его взамен высокопрочного

чугуна и стали;

дальнейшие исследования по изучению герметичности различных сплавов;

совершенствование системы заливки и питания отливки.

2 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ ТЕПЛООБМЕННИКА

При разработке литейной технологии очень важен обоснованный выбор

наиболее рациональных приемов, обеспечивающих необходимые эксплуатационные

свойства литых деталей и высокие технико-экономические показатели

производства: получение качественных отливок при минимальной их стоимости;

высокая производительность; экономия металла в результате уменьшения

припусков на обработку; экономия топлива, электроэнергии и вспомогательных

материалов; максимальное использование имеющегося оборудования и оснастки.

Проектирование технологического процесса изготовления отливки включает

разработку необходимой технологической документации: чертежей, расчетов,

технологических карт и др. Объем технологической документации зависит от

типа производства (единичное, мелкосерийное, серийное, массовое). В

условиях единичного и мелкосерийного производства все технологические

указания наносят непосредственно на чертеж детали. При серийном и массовом

производстве на основании анализа технический условий на деталь и ее

конструкции, расчетов и справочных данных разрабатывают чертеж отливки,

чертежи моделей, стержневых ящиков, модельных плит и т.д.

Правила выполнения чертежей элементов литейной формы и отливки

установлены ГОСТ 2.423-73.

1 АНАЛИЗ ЗАКАЗА

Прежде чем приступить к проектированию технологии изготовления отливки,

необходимо оценить возможности и целесообразность выполнения заказа на

данном предприятии, руководствуясь техническими возможностями различных

способов литья, общими принципами классификации отливок по их характерным

признакам, сведениям о мощности подъемно-транспортных средств, наличии

необходимого технологического оборудования, опок, материалов и др [29].

Деталь теплообменник (рис.2-1) по назначению относится к

особоответственным отливкам, т.к. работает под давлением в агрессивной

среде. Отливка подвергается испытанию давлением 11 кгс/см2.

Производство отливок единичное. Опытная партия составляет 34 шт.

Отливка по массе относится к 1 группе - мелкие отливки, т.к. ее масса

составляет 34 кг. По сложности отливка относится к 2 группе сложных

отливок.

[pic]

Рис.2-1. Труба ребристая

Имеющееся в расположении технологическое оборудование дает возможность

отлить опытную партию отливок в сырые песчано-глинистые формы при ручном

способе изготовления форм.

2 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ЛИТОЙ ДЕТАЛИ И ВЫБОР СПОСОБА

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ

Технологичной называют такую конструкцию изделия или составных ее

элементов (деталей, узлов, механизмов), которая обеспечивает заданные

эксплуатационные свойства продукции и позволяет при данной серийности

изготовлять ее с наименьшими затратами. Технологичная конструкция

характеризуется простотой компоновки, совершенством форм. При наличии

отклонений от указанных требований должен быть поставлен вопрос о внесении

в конструкцию детали необходимых изменений [29].

[pic]

а

[pic]

б

Рис.2-2. Технология: а) первый вариант,

б) второй вариант.

При выборе способа изготовления отливки в первую очередь принимают во

внимание результаты предварительного анализа заказа и технологичности

детали. При этом, как правило, определяющим фактором является серийность

производства, реже - технические требования, предъявляемые к изделию, что

влияет на стоимость формы и модельной оснастки. В единичном, мелкосерийном

и серийном производстве отливки изготавливают обычно литьем в песчаные

сырые формы.

Отливку теплообменник получаем литьем в песчано-глинистые сырые формы.

Способ формовки - ручная.

Конструктивные особенности и сложность конфигурации радиатора

обусловливают некоторые технологические особенности при литье данной

отливки в песчано-глинистые формы. Отличительной особенностью радиатора

является конструкция поверхности теплообмена. Традиционные круглые ребра

заменены на квадратные, что позволяет при неизменных габаритах увеличить

площадь теплообмена почти в 1.5 раза. Это потребовало технологического

решения, которое заключается в том, что разъем выбран по диагонали фланца.

Это обеспечивает направленный выход газов через вентиляционные каналы для

каждого ребра отливки (рис.2-2).

Так как отливка тонкостенная, то возникает проблема проливаемости всех

ребер при литье во влажную песчано-глинистую форму. С этой целью в верхней

полуформе между ребрами устанавливаются пенополистироловые вставки,

соединяющие ребра между собой в их верхней части. После удаления модели

вставки остаются в форме и при заливке располагаются так, что образуют

подпиточный канал между двумя массивными фланцами (рис.2-3).

Это предотвращает замерзание металла в тонких частях отливки.

Образующийся канал также улучшает вентиляцию полости формы, так как

соединен с двумя выпорами. Газы, образующиеся во время заливки вместе с

продуктами деструкции пенополистироловых вставок удаляются по этому каналу

через выпора и наколы.

Внутренняя полость данной отливки формируется протяженным стержнем

(отношение длины к диаметру составляет 11.7). Стержень изготавливается на

органических связующих. В качестве арматуры применяется труба с

отверстиями, обеспечивающими отвод газов в знаковые части (рис.2-3).

В связи с высоким рельефом и большой поверхностной площадью модели ее

протяжка затруднена. При протяжке наблюдались обрывы формовочной смеси в

межреберном пространстве и массовые засоры полости формы. Так как формовка

осуществляется ручным способом, то в результате интенсивного расталкивания

происходит износ и разрушение модели. Для снижения износа модели и

улучшения качества формовки применили протяжной шаблон и специальное

подъемное резьбовое приспособление для извлечения модели из формы (рис.2-

4).

[pic]

Рис.2-3. Форма в сборе

1. Полуформа верха,

2. Полуформа низа,

3. Наращалка,

4. Штырь центрирующий,

5. Штырь направляющий,

6. Струбцина,

7. Полость формы,

8. Стержень,

9. Арматура,

10. Пенополистироловые вкладыши,

11. Газоотводные наколы,

12. Стояк,

13. Питатель,

14. Шлакоуловитель,

15. Выпор.

[pic]

Рис.2-4. Устройство для протяжки модели:

1. Опока низа;

2. Модель;

3. Шаблон;

4. Устройство протяжки.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОТЛИВКИ В ФОРМЕ ПРИ ЗАЛИВКЕ

При определении положения отливки в форме нужно руководствоваться

несколькими правилами, подтвержденными многолетней практикой [29].

1. Наиболее ответственные рабочие части, плоские поверхности большой

протяженности, места, подлежащие механической обработке, нужно, по

возможности, располагать внизу; в крайнем случае - вертикально или

наклонно. При вынужденном расположении обрабатываемых поверхностей

вверху нужно обеспечить такие условия, при которых песчаные и газовые

раковины могли бы образоваться только в удаляемых при обработке частях

отливки.

2. Формы для отливок, имеющих конфигурацию тел вращения (гильзы,

барабаны, шпиндели и др.) с обрабатываемыми наружными и внутренними

поверхностями, лучше заливать в вертикальном положении или

центробежным способом. Иногда целесообразно формовку выполнять в одном

положении, а заливать форму в другом.

3. Для отливок, имеющих внутренние полости, образуемые стержнями,

выбранное положение должно обеспечивать возможность проверки размеров

полости формы при сборке, а также надежное крепление стержней.

4. Для предупреждения недоливов тонкие стенки отливки следует располагать

в нижней части полуформы, желательно вертикально или наклонно, причем

путь прохождения металла от литниковой системы до тонких стенок должен

быть кратчайший.

5. Отливки из сплавов с большой усадкой располагать в положении, удобном

для питания их металлом верхних или боковых отводных прибылей.

6. Формы для станин, плит и других отливок с большим числом ребер должны

быть при заливке расположены так, чтобы имелась возможность направить

металл вдоль стержней и выступов формы.

Важным является определение оптимального числа отливок в форме. В

условия единичного и мелкосерийного производства отливок в песчаных формах

желательно в форме размещать одну отливку.

Выбор поверхности разъема формы подчинен выбору положения формы при

заливке. При определении поверхности разъема формы необходимо

руководствоваться следующими положениями:

. форма и модель, по возможности, должны иметь одну поверхность разъема,

желательно плоскую горизонтальную, удобную для изготовления и сборки

формы;

. модель должна свободно извлекаться из формы;

. всю отливку, если позволяет её конструкция, нужно располагать в одной

(преимущественно в нижней) полуформе в целях исключения перекоса;

. при формовке в парных опоках следует стремиться к тому, чтобы общая

высота формы была минимальной.

Для повышения технологичности получения данной отливки разъем

выбирается по диагонали фланца (см. рис.2-2). Плоскость разъема модели

совпадает с плоскостью разъема формы, отливка симметрично располагается в

верхней и нижней полуформах (рис.2-2).

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЧАСТКОВ ПОВЕРХНОСТИ ОТЛИВКИ, ВЫПОЛНЯЕМЫХ СТЕРЖНЯМИ

Предварительно необходимо определить возможность выполнения отверстий в

процессе получения отливки и тех частей отливки, которые не могут быть

получены с помощью модели. Число стержней, служащих для оформления полости

отливки, её отдельных элементов и элементов литниковой системы, определяю с

учетом серийности выпуска отливок. В единичном и мелкосерийном производстве

целесообразно получать отливки с использованием минимального числа стержней

или вовсе без них [29].

При определении участков поверхности отливки, выполняемых стержнями,

нужно руководствоваться следующими правилами.

1. Обеспечивать минимальные затраты на изготовление стержневых ящиков.

2. Обеспечивать удобную установку стержней в форму и контроль всех

размеров полостей в ней.

3. Газоотводные каналы стержней должны иметь выходы в знаках, они должны

быть размещены так, чтобы исключить попадание в них жидкого металла.

4. Опорные поверхности стержней должны быть достаточными, чтобы исключить

деформацию стержня под действием силы тяжести.

Точность фиксации стержня в форме обеспечивается размерами и

конфигурацией его знаковых частей, которые назначают по ГОСТ 3212-92 с

учетом размеров стержня, способа формовки и его положения в форме (рис.2-

2).

В данной отливке имеется одна внутренняя полость (сквозное отверстие)

формируемое одним горизонтальным протяженным стержнем. Стержень армирован.

Арматура служит каналами для отвода газов в знаковые части (рис.2-2).

5 ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛЬНОГО КОМПЛЕКТА

Основные виды оснастки, применяемые при изготовлении литейных форм из

песчано-глинистых смесей, - модели и стержневые ящики, которые

классифицируются по следующим признакам:

. виду материала - деревянные, металлические, деревометаллические,

гипсовые, цементные, пластмассовые, пенополистироловые;

. способу изготовления форм и стержней - для ручной и машинной формовки;

. компоновке элементов - разъемные и неразъемные модели;

. сложности - простые, средней сложности и сложные;

. размерам модели:

а

б

Рис.2-5. а) модель верха,

б) модель верха и низа в сборе.

. для ручной формовки - мелкие (до 500 мм), средние (500-

5000 мм), крупные (более 5000 мм);

. для машинной формовки - мелкие (до 150 мм), средние (150-

500 мм), крупные (более 500 мм);

. конструктивному исполнению - объемные , пустотелые, скелетные модели и

шаблоны;

. точности изготовления - модельные комплекты (сколько классов

точности);

. прочности - модели 1, 2 и 3 класса прочности.

Так как производство данной отливки единичное то модель и стержневой

ящик изготавливаются из дерева (основа - сосна, ребра и фланцы - береза,

стержневой ящик полностью сосна).

По способу формовки модель и ящик относятся к ручной формовке.

Рис.2-6. Стержневой ящик

Модель разъемная (рис.2-5), стержневой ящик также разъемный (рис.2-6).

По сложности модель относится к группе сложных, стержневой ящик к

группе средних.

По размерам модель для ручной формовки относится к группе средних.

По конструктивному исполнению - объемная.

Класс точности модельного комплекта - 5 ГОСТ 3212-85.

Класс прочности модельного комплекта - 2.

6 КОНСТРУКЦИЯ И РАЗМЕРЫ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКТОВ

Для определения конструктивных размеров модельных комплектов в первую

очередь необходимо установить припуски на механическую обработку, припуски

на усадку и формовочные уклоны.

Припуски на механическую обработку назначают по ГОСТ 26645-85. Этот

ГОСТ распространяется на отливки из черных и цветных металлов и сплавов и

регламентирует допуски на размеры, массу и припуски на механическую

обработку.

Данная отливка получается литьем в песчано-глинистые сырые формы и

обозначается по ГОСТ 26645-85:

точность отливки 9-7-5-4;

масса отливки 34-04-0-34.4.

Припуски на механическую обработку представлены на рис.2-2.

Припуски на литейную усадку обычно определяют в зависимости от вида

сплава, массы и размеров отливки.

При разработке технологии изготовления сложных отливок можно

использовать значение линейной усадки сплавов по спиральной пробе, %.

Материал данной отливки серый чугун следовательно усадка составляет 1 %.

Формовочные уклоны модельных комплектов в песчаных формах

регламентирует ГОСТ 3212-92. При применении песчано-глинистых смесей уклоны

назначают в зависимости от диаметра или минимальной ширины углубления и

высоты формообразующей поверхности. В зависимости от требований,

предъявляемых к поверхности отливки, формовочные уклоны следует выполнять:

на обрабатываемых поверхностях отливки сверх припуска на механическую

обработку за счет увеличения размеров отливки;

на необрабатываемых поверхностях отливки, несопрягаемые по контуру с

другими деталями, за счет увеличения и уменьшения размеров отливки;

на необрабатываемых поверхностях отливки, сопрягаемых по контуру с

другими деталями, за счет увеличения или уменьшения размеров отливки в

зависимости от поверхности сопряжения.

Для данной отливки на обрабатываемых поверхностях уклоны выполнены

поверх припуска на механическую обработку за счет увеличения размеров

отливки. На необрабатываемых поверхностях отливки уклоны выполняются также

за счет увеличения размеров отливки.

7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И КОНСТРУКЦИИ ОПОК

При выборе размеров опок следует учитывать, что использование чрезмерно

больших опок влечет за собой увеличение затрат труда на уплотнение

формовочной смеси, нецелесообразный расход смеси, а использование очень

маленьких опок может вызвать брак отливок вследствии продавливания металлом

низа формы, ухода металла по разъему и.т.п.

Для изготовления данной отливки сконструированы и изготовлены ручные

сварные опоки следующих размеров: длина - 1000 мм, ширина - 250 мм, высота

- 200 мм. Для уменьшения расхода смеси и обеспечения необходимого

гидростатического напора металла применяются наращалки высотой 100 мм.

8 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

Литниково-питающая система - это система каналов для подвода жидкого

металла в полость литейной формы, отделения неметаллических включений и

обеспечения подпитки отливки при затвердевании [29].

Литниковую систему подводим по разъему формы. Условия заполнения формы

металлом за определенное время (опт.

[pic],

(2-1)

где k - поправочный коэффициент (1.8(2.0);

( - средняя или преобладающая толщина отливки, мм;

G - масса отливки, кг;

[pic] сек.

Литниковая система сужающаяся. Площадь сечения в самом узком месте =

площади питателя.

[pic]

(2-2)

где ( - коэффициент заполнения, ( = 0.5;

Hср - расчетный напор, см;

( - плотность отливки, ( = 7700 кг/м3;

g - ускорение свободного падения g = 9.8 м/с2;

[pic],

(2-3)

где Hст = hоп+hнар = 85+45 = 130 мм;

hо - высота отливки в верхней полуформе 59 мм;

[pic] мм = 12.26 см.

[pic] см2.

Расчет стояка и шлакоуловителя производим из соотношения:

Fп:Fш:Fст = 1:1.1:1.5

соответственно сечения будут

Fп = 5 см2

Fш = 5.5 см2

Fст = 7.5 см2

т.к. питание отливки мы производим 2 питателями следовательно Fп = 2.5

см2.

Окончательно принимаем площади сечений и по таблицам находим

геометрические размеры:

Fп = 5 см2; а = 16 мм; в = 13 мм; h = 16мм;

Fш = 5.5 см2; а = 24 мм; в = 20 мм; h = 26мм;

Fст = 7.5 см2; dст = 30.9 мм

Для заливки металла используют нормализованные воронки (рис.2-7),

размеры которых выбирают в зависимости от диаметра стояка и с учетом

обеспечения нормальной заливки формы.

[pic]

Dв = 30.9(3 = 90 мм.

Hв = 90 мм.

Рис.2-7.

т.к. данная отливка делается из чугуна, а прибыли на чугунные отливки

не ставятся (т.к. у чугуна усадка самая минимальная), значит я прибыли на

данную отливку не проектирую.

9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВА ПРИ ЗАЛИВКЕ В ФОРМУ

Для обеспечения хорошей заполняемости формы и получения качественных

отливок необходимо выдерживать определенную температуру заливаемого

расплава, которую выбирают в зависимости от вида сплава и характера отливки

[29].

Температура металла необходимая для заливки форм при получении данной

отливки составляет при выпуске и индукционной печи 1410 (С - 1420 (С, при

заливке в форму 1330 (С.

10 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТЛИВОК В ФОРМЕ

Регламентирование времени охлаждения отливок в формах диктуется

необходимостью обеспечения полного затвердевания расплава, исключения

образования некоторых усадочных дефектов, получения требуемой структуры

металла отливок. Последнее весьма важно для чугунов, структура которых в

большой степени зависит от скорости кристаллизации.

Расчет времени затвердевания отливки в форме произведен с помощью

программы FOUNDRY (автор Дубовой В.В.)

Исходные данные формы:

Tф (°C) = 20

bф (ккал) = 17

Исходные данные материала:

C1 (ккал/кг) = 0.120

C1’(ккал/кг) = 0.200

Y1 (кг/м3) = 7000

p1 (ккал/кг) = 64

Tзал (°C) = 1420

Tлик (°C) = 1200

Tсол (°C) = 1150

Tкр (°C) = Ѕ Tлик+Tсол = 1175

Толщина стенки отливки (мм) (=20

Расчет ведем базируясь на [29].

Время отвода теплоты перегрева [33]:

[pic],

(2-3)

где [pic] мм

t2 = 1.18 мин.

Время затвердевания отливки [33]:

[pic] ,

(2-4)

t3 = 2.97 мин.

Средняя скорость затвердевания отливки [33]:

[pic] мм/мин,

(2-5)

Время охлаждения отливки [33]:

[pic] ,

(2-6)

t4 = 13.92 мин.

Общее время отливки в форме [33]:

tв = t1 + t2 + t3 + t4 = 18.07 мин.

Однако по эмпирической формуле [pic] [29] ,

где К - коэффициент, зависящий от конфигурации отливки и толщины ее

стенки;

G - масса отливки, т.,

время выдержки составляет 4.97 ч., что более соответствует реальности,

следовательно расчеты приведенные в [33] неверны.

11 ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ

При производстве данной отливки для изготовления

форм и стержней использовались смеси следующего состава и следующими

свойствами (таблицы 2-1,2-2) [37,29].

Таблица 2-1

Формовочная смесь для фомовки по сырому (способ формовки ручная)

|Массовая доля |Характеристика смеси |Характеристики |

|компонентов в смеси, % | |получаемых отливок |

|облицовочно|единой | | | | | | | |

|й | | | | | | | | |

|Обо|Св|Кам|Обо|Св|Кам|Содержа|Зерно|Влажно|Газопр|Прочно|Масс|Толщин|

|рот|еж|енн|рот|еж|енн|ние |вая |сть, %|оницае|сть на|а, |а |

|ная|ие|оуг|ная|ие|оуг|глинист|групп| |мость,|сжатие|кг |стенки|

|сме|ма|оль|сме|ма|оль|ой |а | |единиц|во | |, мм |

|сь |те|ный|сь |те|ный|составл|песка| |ы |влажно| | |

| |ри|пор| |ри|пор|яющей, | | | |м | | |

| |ал|ошо| |ал|ошо|% | | | |состоя| | |

| |ы |к | |ы |к | | | | |нии, | | |

| | | | | | | | | | |кПа | | |

|75-|22|3-4|94.|5-|0.7|7-10 |016А |4.0-5.|40-60 |29-49 |20-2|1, то V = V(.

Отсюда пространство, занятое потоком жидкости, можно назвать областью

просачивания.

Очевидно, что линией движения потока жидкости будет называться такая

линия, касательная в каждой точке которой совпадает с вектором скорости

просачивания в этой точке.

Известно, что скорость потока жидкости V зависит от избыточного

давления Р [24], действующего на стенки чугуна, от его внутреннего

сопротивления движению жидкости G и от вязкости самой жидкости (, т.е.

[pic]

(6-18)

Внутреннее сопротивление материала G движению через него жидкости или

газов по существу является герметичностью этого материала.

Приравнивая правые части (6-16) и (6-18) и решая их относительно G,

получим математическое выражение для герметичности чугуна и для других

материалов:

[pic]

(6-19)

Из приведенного уравнения (6-19) следует, что герметичность есть такое

сопротивление материала проникновению через него жидкости, имеющей вязкость

( и находящейся под давлением Р, при котором за время t через площадку (

проникает W миллилитров этой жидкости. Другими словами, движение жидкости,

находящейся под давлением Р, столбика материала с толщиной стенки, равной

толщине отливки и поперечным сечением 1 см2 (рис.6-2).

Если измерять количество просочившейся жидкости в см3, давление в

кг/см2, площадь образца в см2, время в минутах и вязкость в (Е, тогда

размерность герметичности будет выражаться в [pic] [24].

Эта единица герметичности в дальнейшем нами будет обозначаться ЕГ.

[pic]

Рис.6-2. Схема к расчету единицы герметичности

ЕГ есть такая герметичность материала, при которой через площадку в 1

см2 просачивается 1 см3 воды при вязкости 1(Е, находящейся под избыточным

давлением, равном 1 кг/см2 за 1 минуту.

В виду того, что единица ЕГ является весьма малой величиной, то в

дальнейшем ее значение приводится в кЕГ и МЕГ:

1 кЕГ = 1000 ЕГ = 103 ЕГ;

1 МЕГ = 1000000 ЕГ = 106 ЕГ.

Герметичность чугуна зависит от его природных свойств, а именно:

пористости, сопротивления разрушению расклинивающего действия жидкости,

деформации, а также от толщины стенки отливки.

Для оценки качества материала, имея в виду его герметические свойства,

целесообразно ввести понятие удельной герметичности. Удельной

герметичностью называется герметичность, отнесенная к единице толщины

стенки отливки, изготовленной из данной марки чугуна или данного материала.

Зависимость герметичности чугуна от толщины стенки ( точно еще не

установлена. Поэтому удельную герметичность можно представить в такой

функциональной зависимости:

G0 = G(f(().

(6-20)

Как будет указано ниже (рис.8.2 и 8.3), эта функциональная зависимость

приближается к квадратичной и представляется в виде следующего уравнения:

[pic]

(6-21)

Подставляя в (6-21) значения герметичности G, получим окончательную

формулу для выражения удельной герметичности:

[pic]

(6-22)

Величины, вычисленные по (6-22) достаточно хорошо совпадают с нашими

опытными данными. Поэтому эту формулу в первом приближении можно

рекомендовать для определения удельной герметичности стандартных марок

чугунов и других материалов.

При проектировании литых деталей, работающих под повышенным давлением

жидкости, желательно заранее знать, какой герметичностью должна обладать

данная деталь, работающая в заданных конкретных условиях, каким образом

установить и определить герметичность чугуна для этой детали.

Для выполнения поставленной задачи необходимо ввести понятие о

предельной допустимой герметичности. Предельно-допустимой герметичностью

материала будем называть такое его внутреннее сопротивление, при котором

скорость просачивания данной жидкости, находящейся под давлением Р, будет

меньше или равна допустимой скорости просачивания.

В качестве допустимой скорости просачивания целесообразно принять

скорость во много раз меньшую скорости испарения жидкости с поверхности

отливки. Можно задаваться допустимой скоростью просачивания и из других

соображений, например, прочности отливки и т.д.

7 МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА

1 РАЗРАБОТКА СПОСОБА И МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА

Разработка методики исследования герметичности чугуна велась в

направлении выбора типа проб, установлении целесообразной формы и размеров

темплета, определения метода испытаний, разработке оптимальных режимов

испытаний, а также выявления зависимости герметичности от химического

состава структуры и физического строения чугуна [24].

Известно, что подавляющее количество всех гидравлических устройств

работают при одностороннем давлении до 100-150 и более атмосфер. Это

условие явилось основанием для выбора метода испытания герметичности серых

чугунов, при котором образец испытывается под воздействием одностороннего

Страницы: 1, 2