Общие сведения.
Сущность процесса получения отливок заключается в том, что расплавленный металл определенного состава заливается в литейную форму, внутренняя полость которой с максимальной степенью приближения воспроизводит конфигурацию и размеры будущей детали. В ходе дальнейшего охлаждения металл затвердевает, сохраняя приданную ему форму.
 |
Основой для разработки технологического процесса изготовления литой заготовки (отливки) служит чертеж детали. Технолог-конструктор выбирает разъем модели и формы, исходя из конструктивных особенностей детали, затем определяет припуски на механическую обработку, учитывая специфику существующего на заводе технологического процесса производства отливок, после чего определяет литейные уклоны и рассчитывает литниковую систему. Строят чертеж отливки, который служит основой для разработки чертежа модели и стержневых ящиков, по которым изготавливается так называемый модельный комплект (рис. 3.1).
На модельную плиту устанавливают модель и опоку, после чего слоями засыпают и уплотняют формовочную смесь [1-3]. После завершения набивки опоку поворачивают, извлекают из нее модель и получают полуформу. Таким же образом изготавливают и вторую половинку формы. Стержневой ящик используют для получения стержня, образующего внутреннюю полость отливки. Как правило, после извлечения из стержневого ящика стержни подвергают сушке, а формы подаются на сборку сырыми. На последующем этапе форму собирают, для чего в нижнюю полуформу устанавливают стержень и закрывают верхней полуформой, затем через литниковую систему зазор между стержнем и формой заливают расплавленным металлом, который плавят одновременно с изготовлением формы. Залитая форма выдерживается некоторое время, чтобы дать возможность металлу закристаллизоваться и охладиться до заданной температуры, после чего происходит выбивка отливки из формы. Затем выбивается стержень из отливки, осуществляется обрубка литников и очистка отливок от пригоревшего к поверхности песка.
Порядок выполнения работы.
Ниже приведена последовательность разработки технологии изготовления отливки. Примеры чертежей показаны на рис. 3.3.
1. 
Выбрать положение отливки в форме, которое определяется положением модели при изготовлении полуформы. Модель располагают с учетом основного требования: извлечение её из песчано-глинистой полуформы должно происходить без разрушения образующегося отпечатка. Кроме того, ответственные обрабатываемые поверхности детали желательно располагать в литейных формах внизу или вертикально. Массивные части отливок или их преобладающая часть должны располагаться в нижней части литейной формы.
В зависимости от сложности формы и конфигурации отливки модель изготавливают разъемной или неразъемной. Разъемная модель может состоять из двух или более частей.
Плоскость разъема составной модели и полуформ обозначают линией и буквами МФ. Для неразъемной модели вводится одна буква Ф.
Положение отливки в форме при заливке обозначают буквами В (верх), Н (низ) и стрелками (рис. 3.3).
2. 
Определить припуски на механическую обработку. Припуски предусматриваются только на те поверхности деталей, которые подлежат механической обработке. На чертеже детали при разработке чертежа отливки припуск обозначают тонкой линией, параллельной основной.
Припуск зависит от состава сплава, способа литья, группы сложности отливки, её наибольшего размера, класса точности и положения поверхности при заливке, характера производства, базы механической обработки и квалитета точности обработки детали по ГОСТ 26645-85. Классы точности размеров и ряды припусков на механическую обработку указываются на чертежах деталей. По известному классу точности определяются допуски для конкретных номинальных размеров отливки в соответствии с данными таблицы 3.1.
Допуски размеров элементов отливки, образованных двумя полуформами и перпендикулярных плоскости разъема, следует устанавливать соответствующими классу точности отливки. Допуски размеров элементов, образованные одной частью формы, устанавливают на 1…2 класса точнее. Основной припуск на механическую обработку (на сторону) в зависимости от допусков размеров отливки следует устанавливать дифференцированно для каждого элемента в соответствии с данными табл. 3.2.
Зависимость допуска размеров отливок от класса точности
Таблица 3.1
| Интервалы номинальных размеров, мм | Допуски размеров отливок, мм, не более, для классов точности размеров отливок | |||||||||||||
| 7т | 9т | 11т | 13т | |||||||||||
| До 4 включительно | 0,24 | 0,32 | 0,40 | 0,50 | 0,64 | 0,8 | 1,0 | 1,2 | 1,6 | 2,0 | - | - | - | - |
| Свыше 4 до 6 вкл | 0,28 | 0,36 | 0,44 | 0,56 | 0,70 | 0,9 | 1,1 | 1,4 | 1,8 | 9,9 | 9,8 | - | - | - |
| Свыше 6 до 10 вкл | 0,32 | 0,40 | 0,50 | 0,64 | 0,80 | 1,0 | 1,2 | 1,6 | 2,0 | 2,4 | 3,2 | 4,2 | 5,0 | - |
| Свыше 10 до 16 вкл | 0,36 | 0,44 | 0,56 | 0,70 | 0,90 | 1,1 | 1,4 | 1,8 | 2,2 | 2,8 | 3,6 | 4,4 | 5,6 | 7,0 |
| Свыше 16 до 25 вкл | 0,40 | 0,50 | 0,64 | 0,80 | 1,00 | 1,2 | 1,6 | 2,0 | 2,4 | 3,2 | 4,0 | 5,0 | 6,4 | 8,0 |
| Свыше 25 до 40 вкл | 0,44 | 0,56 | 0,70 | 0,90 | 1,10 | 1,4 | 1,8 | 2,2 | 2,8 | 3,6 | 4,4 | 5,5 | 7,0 | 9,0 |
| Свыше 40 до 63 вкл | 0,50 | 0,64 | 0,80 | 1,00 | 1,20 | 1,6 | 2,0 | 2,4 | 3,2 | 4,0 | 5,0 | 6,4 | 8,0 | 10,0 |
| Свыше 63 до 100 вкл | 0,56 | 0,70 | 0,90 | 1,10 | 1,40 | 1,8 | 2,2 | 2,8 | 3,6 | 4,4 | 5,6 | 7,0 | 9,0 | 11,0 |
| Свыше 100 до 160 вкл | 0,64 | 0,80 | 1,00 | 1,20 | 1,60 | 2,0 | 2,4 | 3,2 | 4,0 | 5,0 | 6,4 | 8,0 | 10,0 | 12,0 |
| Свыше 160 до 230 вкл | 0,70 | 0,90 | 1,10 | 1,40 | 1,80 | 2,2 | 2,8 | 3,6 | 4,4 | 5,6 | 6,0 | 9,0 | 11,0 | 14,0 |
| Свыше 230 до 400 вкл | 0,80 | 1,00 | 1,20 | 1,60 | 2,00 | 2,4 | 3,2 | 4,0 | 5,0 | 6,4 | 8,0 | 10,0 | 11,0 | 16,0 |
| Свыше 400 до 630 вкл | 0,90 | 1,10 | 1,40 | 1,80 | 2,20 | 2,8 | 3,6 | 4,6 | 5,6 | 7,0 | 9,0 | 11,0 | 14,0 | 18,0 |
Зависимость основного припуска на механическую обработку от точности отливок
Таблица 3.2
| Допуски размеров | Основной припуск для рядов, мм, не более | Допуски размеров | Основной припуск для рядов, мм, не более | ||||||||||
| Свыше 0,20 до 0,24 вкл | 0,5 0,7 | 0,8 1,1 | 1,1 1,5 | Свыше 2,0 до 2,4 вкл | 2,4 3,2 | 2,8 3,6 | 3,2 4,0 | 3,8 4,6 | 4,6 5,5 | 6,0 7,5 | |||
| Свыше 0,24 до 0,30 вкл | 0,6 0,8 | 0,9 1,2 | 0,2 1,6 | 1,3 2,2 | 2,6 3,0 | Свыше 2,4 до 3,0 вкл | 2,8 3,6 | 3,2 4,0 | 3,6 4,5 | 4,2 5,0 | 5,0 6,5 | 6,5 8,0 | |
| Свыше 0,30 до 0,40 вкл | 0,7 0,9 | 1,0 1,3 | 1,4 1,3 | 1,9 2,4 | 2,8 3,2 | Свыше 3,0 до 4,0 вкл | 3,4 4,5 | 3,8 5,0 | 4,2 5,5 | 5,0 6,5 | 5,5 7,0 | 7,0 9,0 | |
| Свыше 0,40 до 0,50 вкл | 0,8 1,0 | 1,1 1,4 | 1,5 2,0 | 2,0 2,6 | 3,0 3,4 | Свыше 4,0 до 5,0 вкл | 4,0 5,5 | 4,4 6,0 | 5,0 6,5 | 5,5 7,5 | 6,0 8,0 | 8,0 10,0 | |
| Свыше 0,50 до 0,60 вкл | 0,9 1,2 | 1,2 1,6 | 1,6 2,2 | 2,2 2,8 | 3,2 3,6 | Свыше 5,0 до 6,0 вкл | 5,0 7,0 | 5,5 7,5 | 6,0 8,0 | 6,5 8,5 | 7,0 9,5 | 9,0 11,0 | |
| Свыше 0,60 до 0,8 вкл | 1,0 1,4 | 1,3 1,8 | 1,8 2,4 | 2,4 3,0 | 3,4 3,8 | 4,4 5,0 | Свыше 6,0 до 8,0 вкл | 6,5 9,5 | 7,0 10,0 | 7,5 11,0 | 8,5 12,0 | 10,0 13,0 | |
| Свыше 0,80 до 1,0 вкл | 1,1 1,6 | 1,4 2,0 | 2,0 2,8 | 2,6 3,2 | 3,6 4,0 | 4,6 5,5 | Свыше 8,0 до 10,0 вкл | 9,0 12,0 | 10,0 13,0 | 11,0 14,0 | 12,0 15,0 | ||
| Свыше 1,0 до 1,2 вкл | 1,2 2,0 | 1,6 2,4 | 2,2 3,0 | 2,8 3,4 | 3,8 4,2 | 4,8 6,0 | Свыше 10,0 до 12,0 вкл | 10,0 13,0 | 11,0 14,0 | 12,0 15,0 | 13,0 16,0 | ||
| Свыше 1,2 до 1,6 вкл | 1,6 2,4 | 2,0 2,8 | 2,4 3,2 | 3,0 3,8 | 4,0 4,6 | 5,0 6,5 | Свыше 12,0 до 16,0 вкл | 13,0 15,0 | 14,0 16,0 | 15,0 17,0 | 16,0 19,0 | ||
| Свыше 1,6 до 2,0 вкл | 1,6 2,0 | 2,4 3,2 | 2,8 3,6 | 3,4 4,2 | 4,2 5,0 | 5,5 7,0 | Свыше 16,0 до 20,0 вкл | 17,0 20,0 | 18,0 21,0 | 19,0 22,0 |
Для каждого интервала допусков размеров отливки в каждом ряду припусков предусмотрены два значения основного припуска. Меньшее устанавливают при более грубых квалитетах точности обработки деталей, большее - при более точных. Основные припуски следует относить к поверхностям отливки, находящимся при заливке снизу и сбоку. Для верхних поверхностей допускается увеличение припуска до значения, соответствующего следующему ряду припусков. Припуск указывается цифрой перед знаком шероховатости.
3. Указать формовочные уклоны. Формовочные уклоны назначаются только на вертикальные поверхности модели, которые контактируют с формовочной смесью. Уклон зависит от высоты и материала модели и определяется по табл. 3.3.
Отливка, как и её модель, также будет иметь соответствующие уклоны. Стандартное обозначение уклонов на эскизе отливки показано на рис. 3.3.
Примечания. Формовочные уклоны выполняются на
а) обрабатываемых поверхностях с учетом припуска на механическую обработку путем увеличения размеров отливки;
б) необрабатываемых поверхностях, которые не сопрягаются с другими элементами путем одновременно увеличения и уменьшения размеров отливки;
в) необрабатываемых поверхностях, которые сопрягаются с другими элементами путем увеличения, уменьшения или одновременного увеличения и уменьшения размеров отливки.
Формовочные уклоны наружных поверхностей моделей или стержневых ящиков
Таблица 3.3
| Измеряемая высота, мм | Уклоны для моделей | Измеряемая высота, мм | Уклоны для моделей | ||
| Метали-ческих | Деревян-ных | Метали-ческих | Деревян-ных | ||
| До 20 вкл | 1°30' | 3°00' | Свыше 200 до 300 вкл | 0°30' | 0°30' |
| Свыше 20 до 50 вкл | 1°00' | 1°30' | Свыше 300 до 800 вкл | 0°20' | 0°30' |
| Свыше 50 до 100 вкл | 0°45' | 1°00' | Свыше 800 до 2000 вкл | 0°15' | 0°20' |
| Свыше 100 до 200 вкл | 0°30' | 0°45' | Свыше 2000 | 0°10' | 0°15' |
Уклоны местных небольших утолщений (бобышек, планок, поясков) следует принимать 30…45°. В ребрах жесткости уклон следует делать до 5…8°. Формовочные уклоны литейных болванов нижней полуформы увеличиваются в 2 раза, а для верхней в 4 раза по сравнению с данными таблицы. Формовочные уклоны в стержневых ящиках рекомендуется выполнять аналогично модельным уклонам.
4. Определить контуры стержня со стержневыми знаками. Стержни предназначены для получения внутренней полости в отливке. Конфигурация внутренней полости полностью соответствует конфигурации стержня без зазора. Выступающие за пределы отливки части стержня называются знаками и служат для закрепления стержня в литейной форме.
Знаковые части горизонтальных и вертикальных стержней различны (рис. 3.3). Их длина (высота) определяются по данным табл. 3.4 и 3.5, где d – диаметр, a, b – размеры сечения стержня некруглой формы по ГОСТ 3212-92.
Длина горизонтальных стержневых знаков
Таблица 3.4
| Размер d или (а + b)/2, мм | Длина стержня L, мм | |||
| до 50 вкл | >51…150 вкл | >151…300 вкл | >301…500 вкл | |
| Длина знаков l, мм | ||||
| До 25 включительно | - | |||
| Свыше 25 до 50 вкл | ||||
| Свыше 50 до 100 вкл | ||||
| Свыше 100 до 200 вкл |
Для вертикально расположенных стержней высота верхних знаков всегда меньше нижних (таблица 3.5). После определения размеров стержня его чертеж совмещается с чертежом отливки. Далее изображается зазор между знаковыми частями стержня и формы (в работе не определяются). Полученный внешний контур будет соответствовать контуру модели (рис. 3.3).
Высота вертикальных стержневых знаков
Таблица 3.5
| Размер d или (а + b)/2, мм | Высота стержня Н, мм | |||||||
| до 50 вкл | >51…150 вкл | >151…300 вкл | >301…500 вкл | |||||
| Высота знаков h, мм | ||||||||
| верх | низ | верх | низ | верх | низ | верх | низ | |
| До 25 включительно | - | - | - | |||||
| Свыше 25 до 50 вкл | ||||||||
| Свыше 50 до 100 вкл | ||||||||
| Свыше 100 до 200 вкл |
Отверстия, впадины и другие элементы отливки не выполняемые при литье, зачёркиваются накрест сплошными тонкими линиями.
 |
5. Рассчитать параметры литниковой системы. Литниковая система служит для заливки жидким металлом полости литейной формы, образованной стержнем и отпечатком модели. Состоит из заливочной чаши со стояком 1, шлакоуловителя 2, питателя 3, выпора 4, прибыли 5. Их расположение относительно отливки 6 представлено на рис. 3.4.
Площади сечений элементов литниковой системы обозначают следующим образом: питателя – Fп, шлакоуловителя – Fшл, стояка – Fст, а суммарные площади питателей – ∑ Fп, шлакоуловителей – ∑ Fшл, стояков ∑ Fст.
Площади сечений определяются из расчета площади сечения питателя Fп, а затем по соотношениям определяются площади сечений Fшл и Fст:
для серого чугуна Fп: Fшл: Fст = 1: 1,1: 1,15;
для ковкого чугуна Fп: Fшл: Fст = 1: 1,2: 1,3;
для стального литья Fп: Fшл: Fст = 1: 1,2: 1,4.
Суммарная площадь сечения питателей ∑ Fп,
,
где G – масса отливок с припусками и литниковой системой: масса литниковой системы и припусков для отливок из серого чугуна составляет до 20 % массы детали m, ковкого чугуна – 40…60 %, стального литья – 40…100 %); μ – коэффициент сопротивления литейной формы течению металла, выбираемый по табл. 3.6.
Средний расчетный напор расплава Нср, определяется по формуле
,
где Н ст – высота стояка от верхнего уровня литниковой чаши до верхнего уровня питателя (разъема литейной формы), высота стояка определяется путем прибавления к высоте модели верха 40…50 мм и округления полученного значения до ближайшего, кратного 25 мм; h 0 – высота отливки в литейной форме при заливки, hв – часть высоты от уровня питателя до наиболее высоко расположенной точки отливки, t –продолжительность заливки, с.
Для определения массы детали m по чертежу рассчитывается её объём и умножается на плотность железоуглеродистых сплавов r =7680 кг/м3.
Значения коэффициента μ сопротивления формы течению металла
Таблица 3.6
| Характеристика заливки | Сопротивление формы μ | ||
| большое | среднее | Малое | |
| В сухую форму | 0,30 | 0,38 | 0,50 |
| В сырую форму | 0,25 | 0,32 | 0,42 |
Большое сопротивление формы– при наличии более одного поворота струи расплава на 90° после выхода из питателя, среднее сопротивление – при наличии одного поворота струи расплава на 90°; малое сопротивление – отсутствие поворотов струи расплава.
Для стального и чугунного литья продолжительность заливки t находится из
,
где δ – преобладающая толщина стенок отливки или её среднее значение, мм; S 1 – поправочный коэффициент, который выбирается для серого и ковкого чугунов по данным табл. 3.7, для стали – по табл. 3.8.
Значения S 1для серого и ковкого чугуна
Таблица 3.7
| Вид чугуна | Толщина стенки отливки, мм | ||
| до 5 вкл | >5…8 вкл | >8…15 вкл | |
| Серый | 1,63 | 1,85 | 2,20 |
| Ковкий | 1,71 | 2,05 | 2,35 |
Значения S 1для стальных отливок
Таблица 3.8
| Температура металла и жидкотекучесть | Способ подвода металла | ||
| снизу сифоном | на 0,5 высоты отливки или ступенчатый | Сверху | |
| Нормальные | 1,3 | 1,4 | 1,5…1,6 |
| Повышенные | 1,4…1,5 | 1,5…1,6 | 1,6…1,8 |
Задание.
Для деталей в соответствии с рис. 3.2,а,б и вариантом задания (таблица 3.9) разработать технологию изготовления отливки в песчано-глинистых формах.
Таблица 3.9
| № | Исходные данные | ||||||||||||
| Рисунок детали | Материал отливки | L | L 1 | d | d 1 | d 2 | d 3 | k | q | m | Класс точности | Ряд припусков | |
| мм | кг | ||||||||||||
| 3.2,а | СЧ 20 | – | – | * | |||||||||
| – | – | ||||||||||||
| – | – | ||||||||||||
| – | – | ||||||||||||
| – | – | ||||||||||||
| – | – | ||||||||||||
| – | – | ||||||||||||
| – | – | – | |||||||||||
| Сталь 30 | – | – | |||||||||||
| – | – | ||||||||||||
| – | – | ||||||||||||
| Сталь 45Л | – | – | – | ||||||||||
| – | – | ||||||||||||
| – | – | ||||||||||||
| 3.2,б | Сталь 30 | – | |||||||||||
| – | |||||||||||||
| – | |||||||||||||
| СЧ 20 | – | ||||||||||||
| – | |||||||||||||
| – | |||||||||||||
| – | |||||||||||||
| Сталь 45Л | – | ||||||||||||
| – | |||||||||||||
| – | |||||||||||||
| – | |||||||||||||
| – | |||||||||||||
| – | |||||||||||||
| – |
* - рассчитывается по чертежу детали.
Отчет по контрольной работе должен содержать:
- чертёжи (выполняются в масштабе по ГОСТ, см. чертёж втулки, стр.20)
1) детали в соответствии с вариантом (см. чертёж втулки, стр.20);
2) отливки с указанием плоскости разъема модели и формы, припусками на механическую обработку, формовочными уклонами, стержневыми знаками (рис. 3.3);
3) стержневого ящика (рис. 3.5);
4) модели с подмодельной плитой (рис. 3.6);
5) литейной формы в сборе (рис. 3.7, ГОСТ 3.1125-88);
- описание (методичку не переписывать!)
1) выбора положения отливки (модели) в форме;
2) расчета литниковой системы и ее эскиз (рис. 3.4);
Примечание. Неуказанные размеры выбираются произвольно.
          |
Раздел 4. ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
Общие сведения.
 |
Горячая объёмная штамповка – технологический процесс изготовления поковки в специальном инструменте-штампе путем пластической деформации исходной заготовки (проката из стали). Он состоит из следующих основных операций (рис. 4.1).
1. Резка проката на мерные заготовки на пресс-ножницах (рис. 4.1,а).
2. Нагрев заготовки в электрических или пламенных печах для повышения пластичности и уменьшения усилия, необходимого для деформирования (рис. 4.1,б).
3. Осадка заготовки (рис. 4.1,в).
4. Штамповка в открытом штампе (рис. 4.1,г). Штампы бывают открытые и закрытые. Открытые имеют по максимальному размеру поковки полость (облойную канавку), в которую выдавливается избыток металла, образующий облой; закрытые требуют безокислительного нагрева и точного соответствия объёмов заготовки и поковки, в них облойная канавка отсутствует. В серийном производстве обычно применяют открытые штампы. Здесь же делается углубление для прошивки центрального отверстия
5. Обрезка облоя и прошивка отверстия (рис. 4.1,д). Осуществляются на обрезном прессе в горячем или холодном состоянии с помощью обрезного штампа. Обрезной штамп состоит из матрицы и пуансона для обрезки облоя и стойки для прошивки отверстия.
6. Очистка поверхности от окалины, например, во вращающемся дробемётном барабане (рис. 4.1,е) и термообработка (нормализация или отжиг для повышения пластичности и обрабатываемости резанием).
Заготовка от операции к операции перемещается с помощью специальных механизмов, автоматов, роботизированных систем. Обрезка облоя и прошивка отверстия, термообработка, очистка от окалины – отделочные операции объёмной штамповки.
Процесс формообразования поковки происходит за счет пластической деформации (рис. 4.2).
Осадка – операция перед штамповкой для приближения диаметра исходной заготовки к диаметру изделия (увеличения диаметра за счет уменьшения высоты), а также для разрушения и удаления окалины (пленки оксидов железа) с поверхности нагретой заготовки.
 |
Поковка – изделие, получаемое в штампе, по конфигурации и размерам близкое к детали; отличается от нее припусками, уклонами на вертикальные поверхности для свободного извлечения поковки из штампа, а также радиусами закругления для уменьшения внутренних напряжении и избежания возникновения дефектов.
Горячая поковка – поковка при температуре штамповки. Отличается увеличением размеров за счет термического расширения стали. По её размерам изготавливают ручьи штампа.
Задание.
     |
Для детали типа «шестерня» рис. 4.3 разработать технологический процесс изготовления поковки методом горячей объёмной штамповки в открытых штампах на кривошипном горячештамповочном прессе (КГШП).