Литейные технологии производства отливки "Аппарат направляющий" из стали 20Х13

(1)

Челябинск 2020

Министерство науки и высшего образования РФ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (национальный исследовательский университет) »

Факультет «Заочный»

Кафедра «Литейное производство»

Литейные технологии производства отливки «Аппарат направляющий» из стали 20Х13

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЕ ЮУрГУ-22.03.02.2020.537.00.00 ПЗ ВКР

ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ Заведующий кафедрой, д. т. н. профессор

/Б. А. Кулаков

«__»_________2020г.

Руководитель проекта профессор, д.т.н.

В.К. Дубровин

«__»_________2020г.

Автор проекта

студент группы П-537

Л.А. Можара

«__»_________2020г.

Нормоконтролер доцент, к.т.н.

А.В. Карпинский

«__»_________2020г.

(2)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

Изм Лист № докум. Подп. Дата Разраб. Можара Л.А.

Литейные технологии производства отливки «Аппарат направляющий» из стали 20Х13

Лит. Листов Лист

Провер. Дубровин В.К. Д 96 3

Т.конт

ЮУрГУ

Кафедра ЛП

Н.конт. Карпинский А.В.

Утв. Кулаков Б.А,

АННОТАЦИЯ

Можара Л.А. Литейные технологии производства отливки «Аппарат направляющий» из стали 20Х13. – Челябинск: ЮУрГУ, ПЗ-537, 2020, 85 с., 14 ил., библиогр. список – 17 наим., 1 прил., 5 листов чертежей ф. А1.

В выпускной квалификационной работе отливку «Аппарат направляющий»

предложено изготавливать методом литья по выплавляемым моделям.

Дано описание технологических процессов выплавки стали 20Х13, описан технологический процесс метода литья по выплавляемым моделям.

В выпускной квалификационной работе необходимо спроектировать плавильно-заливочное и модельно-формовочное отделения цеха литья по выплавляемым моделям производительностью 250 тонн в год из стали 20Х13.

В соответствии с производственной программой выбрано и рассчитано оборудование модельного, изготовления оболочек форм, прокалочно-заливочного и термообрубного отделений, с помощью которого можно достичь заданной производительности цеха.

(3)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

Изм Лист № докум. Подп. Дата 4

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………..…….6

1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ……….8

2 ТЕХПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ ……….….13

2.1 Анализ технологичности изготовления детали………..…..15

2.2 Материал отливки и его свойства ……….……17

2.3 Выбор положения отливки в форме и определение поверхности разъема…18 2.4 Определение припусков на механическую обработку………...….19

2.5 Разработка конструкции и расчет литниковой системы………..20

2.6 Разработка конструкции пресс-формы………..22

2.7 Технология литья по выплавляемым моделям………...……..23

2.8 Технология создания оболочки……….………30

2.9 Термическая обработка отливок………35

2.10 Контроль качества отливок………..………37

2.11 Дефекты отливок при литье по выплавляемым моделям………..38

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАВИЛЬНОГО И ФОРМОВОЧНОГО УЧАСТКОВ 3.1 Структура литейного цеха……….………..41

3.2 Производственная программа……….………….42

3.3 Режим работы и фонды времени……….………42

3.4 Плавильное отделение………..44

3.4.1 Составление баланса металла……….…..46

3.4.2 Расчет шихты и составление ведомости расхода шихтовых материалов….49 3.4.3 Расчет оборудования плавильного отделения……….50

3.5 Модельное отделение……….…..51

3.6 Формовочное отделение……….…57

4 КРЕМНЕЗОЛЬНЫЕ СВЯЗУЮЩИЕ В ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ……….….60

(4)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

5.1 Общая характеристика литейного цеха……….…….70

5.2 Анализ производственных и экологических опасностей……….…….71

5.3 Техника безопасности……….….71

5.3.1 Безопасность веществ и материалов……….…….71

5.3.2 Безопасность производственных процессов и оборудования……….…73

5.3.3 Электробезопасность………..….77

5.4 Пожаровзрывобезопасность……….…78

5.5 Промышленная санитария………..…..80

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………..…..85

ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ А. Расчет шихты 20Х13……….……87

(5)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

ВВЕДЕНИЕ

Целью выпускной квалификационной работы является разработка литейной технологии производства отливки «Аппарат направляющий» из стали 20Х13.

При проектировании отделений цеха необходимо обеспечить высокий технический уровень и экономическую эффективность, максимально используя достижения науки и техники.

Метод литья по выплавляемым моделям, благодаря преимуществам по сравнению с другими способами изготовления отливок, получил значительное распространение в машиностроении и приборостроении.

Промышленное применение этого метода обеспечивает получение из любых литейных сплавов сложных по форме отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов со стенками, толщина которых в ряде случаев менее 1 мм, с шероховатостью от = 20 мкм до = 1,25 мкм (ГОСТ 2789-73) и повышенной точностью размеров (до 9-10-го класса по ГОСТ Р53464-2009).

Указанные возможности метода позволяют максимально приблизить отливки к готовой детали, а в ряде случаев получить литую деталь, дополнительная обработка которой перед сборкой не требуется. Вследствие этого резко снижаются трудоемкость и стоимость изготовления изделий, уменьшается расход металла и инструмента, экономятся энергетические ресурсы, сокращается потребность в рабочих высокой квалификации, в оборудовании, приспособлениях, производственных площадях. Применение литья по выплавляемым моделям открывает перед конструкторами возможности проектировать сложные тонкостенные конструкции, объединять различные детали в компактные цельнолитые узлы, уменьшая массу и габариты изделий, создавать детали (например, охлаждаемые лопатки со сложными лабиринтными полостями газового тракта), невыполнимые каким-либо другим методом обработки. Вследствие химической инертности и высокой огнеупорности оболочек форм, пригодных для нагрева до температур, превышающих температуру плавления заливаемого сплава,

(6)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

создается возможность эффективно использовать методы направленной кристаллизации, управлять процессом затвердевания для получения, например, герметичных прочных тонкостенных точных отливок, либо монокристаллических деталей с высокими эксплуатационными свойствами.

(7)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ

Литейное производство России является основной заготовительной базой машиностроительного комплекса и его развитие зависит от темпов развития машиностроения в целом. Литейное производство занимает лидирующее положение среди заготовительных баз машиностроения, таких, как сварка и кузница. Коэффициент использования металла (от 75 до 95 %), технологическая возможность получения сложных по конфигурации и геометрии литых заготовок со сложными поднутрениями и внутренними полостями позволит литейному производству и в дальнейшем сохранить свое ведущее положение среди заготовительных производств.

С другой стороны, литейное производство является наиболее энергоемким и материалоемким производством. Для производства 1 тонны отливок требуется переплавка 1,1…1,7 тонн металлических материалов, ферросплавов и флюсов, переработка и подготовка 3…5 тонн формовочных песков (при литье в песчано- глинистые формы), 3…4 кг связующих материалов и красок. В себестоимости литья энергетические затраты и топливо составляют 50…60%, стоимость материалов 30…35 %. В современных условиях отдельным отраслям присущи неравномерные темпы развития. Удельная доля производства и использования литых заготовок отраслей; в общем объеме производства машиностроительного комплекса составляет:

 автомобильная и тракторная – 60 %;

 электротехническая – 6 %;

 тяжелое и энергетическое машиностроение – 8 %;

 химическое и нефтяное машиностроение – 12 %;

 дорожное и коммунальное машиностроение –10 %

 станкостроение и приборостроение – 2 %;

(8)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

 другие отрасли – 2 %.

Объемы производства литых заготовок зависят от выпуска машиностроительной продукции, так как доля литых деталей из черных и цветных сплавов в машинах (автомобилях, тракторах, комбайнах, самолетах, танках и др.) составляет 40…50 %, а в металлообрабатывающих станках и кузнечно-прессовом оборудовании до 70 % по массе и до 20 % от стоимости машин. В настоящее время, как правило, литейные цехи находятся в структуре машиностроительных предприятий и производят отливки для собственных нужд [1].

Реализация крупных проектов в области машиностроения и литейного производства может быть осуществлена различными способами и в разных масштабах. Возможно формирование государственной программы развития, изложенной, например, в Концепции формирования государственной комплексной программы развития машиностроения России. Эту программу подготовил Российский союз машиностроителей под руководством Председателя Союза С.В. Чемезова (руководитель корпорации «Ростехнологии»). Для литейщиков трудно создать единую программу, поскольку литейное производство обеспечивает разные отрасли машиностроения, и везде необходима разная номенклатура продукции, а значит, различные технологии и оборудование, имеются свои требования и особенности. Поэтому для литейного производства целесообразны программы и проекты применительно к отдельным отраслям машиностроения.

Некоммерческое партнерство «Союз литейщиков» разработало и планирует реализовать проект создания современного литейно-механического комплекса применительно к локализации производства компонентов для работающих в России сборочных заводов зарубежных марок автомобилей, заводов электробытовой техники, а также для поставки комплектующих на российские заводы автомобильной, тракторной, электробытовой техники и на европейский рынок.

(9)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

Технологии прототипирования и технологии прямого безинструментального производства на передовых западных предприятиях уже несколько десятилетий являются обязательным этапом в процессе разработки и подготовки производства любого нового изделия практически во всех отраслях машиностроения:

авиационной промышленности, автомобилестроения, приборостроении, электротехнической промышленности. Они позволяют не только оценить внешний вид разрабатываемого изделия, но и проверить элементы конструкции, ее эргономику, собираемость, провести необходимые испытания, изготовить мастер- модель для последующего литья и многое другое. При использовании этих технологий практически исключается длительный и трудоемкий этап изготовления опытных образцов вручную или на станках с ЧПУ. Мировая практика использования этих технологий доказывает, что прототипирование изделий на стадии проектирования позволяет в 2…4 раза сократить сроки разработки и технической подготовки производства новой продукции.

Интегрированные технологии базируются на органическом сочетании последних достижений в различных областях науки, техники, технологий, информатики, материаловедения и др., использование которого обеспечивает быстрое получение нового продукта с принципиально иным уровнем функциональных, эстетических и экологических свойств, гарантирующим ему высокую конкурентоспособность на рынке. Структура интегрированных технологий показана на рисунке 1.1.

Таким образом, целью современного развивающего производства, в частности, литейного производства, является создание комплекса коллективного доступа к высокотехнологичным средствам компьютерного моделирования, быстрого прототипирования и технологий прямого безинструментального производства изделий наукоемкого машиностроения при использовании передовых технологий и инновационного оборудования «умного производства» наукоемкого машиностроения.

(10)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

В настоящее время производство отливок по технологическим процессам распределяется (по экспертной оценке 2020 г.) следующим образом (таблица 1.1).

Рисунок 1.1 – Структура интегрированных технологий

(11)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

Таблица 1.1 – Производство отливок по технологическим процессам, %

Технологический процесс Доля, %

1. Литье в сырые песчано–глинистые формы 50,0

2. Литье в разовые формы из ХТС 29,0

3. Литье в кокиль 5,0

4. Литье под давлением 8,0

5. Центробежное литье 5,0

6. Литье в оболочковые формы 0,5

7. Литье по выплавляемым моделям 1,0

8. Литье по газифицируемым моделям 0,3

9. Непрерывное литье 0,8

10. Другие технологии литья 0,4

Степень механизации и автоматизации литейного производства России оценивается производством отливок на различном оборудовании в соответствии с таблицей 1.2.

Таблица 1.2 – Производство отливок по степени механизации

Тип оборудования Производство отливок, %,

На автоматических линиях 25

На полуавтоматических и механизированных линиях 30

На машинах 30

Вручную 15

Плавка и внепечная обработка литейных сплавов является первичным и ответственным технологическим переделом, который обеспечивает литейные, прочностные и эксплуатационные характеристики сплава.

Для получения стали перспективными являются технологические процессы плавки в индукционных и дуговых электропечах, которые стабильно обеспечивают заданный химический состав и температуру нагрева расплава для проведения эффективной внепечной обработки.

(12)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

2 ТЕХПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ

Промышленное применение литья по выплавляемым моделям обеспечивает получение из любых литейных сплавов сложных по форме отливок массой от нескольких граммов до десятка килограммов со стенками, толщина которых в ряде случаев менее 1 мм, с шероховатостью от Rz=20 мкм до Ra=1,25 мкм и повышенной точностью размеров. Возможности этого метода позволяют максимально приблизить отливки к готовой детали, а в ряде случаев получить литую деталь, дополнительная обработка которой перед сборкой не требуется.

Вследствие этого резко снижаются трудоемкость и стоимость изготовления изделий, уменьшается расход металла и износ инструмента, экономятся энергетические ресурсы, сокращается потребность в рабочих высокой квалификации, в оборудовании, приспособлениях, производственных площадях.

Положительной особенностью данных способов литья является также возможность высокой степени автоматизации и комплексной механизации производства, улучшение санитарно-гигиенических условий труда.

Литье по выплавляемым моделям, широко применяемое в машиностроении при изготовлении тонкостенных сложных по конфигурации отливок, является наиболее распространенным методом получения мелких художественных отливок.

Технология литья по выплавляемым моделям имеет ряд специфических особенностей [7]:

 модель служит для получения одной отливки, так как она вытапливается в процессе изготовления формы;

 металл заливают в тонкостенные неразъемные формы, получаемые путем нанесения огнеупорного покрытия на модель, сушки покрытия, удаления (вытапливания) модели и последующего прокаливания формы;

 формовочная смесь представляет собой суспензию, состоящую из мелкозернистого огнеупорного материала и связующего раствора;

 применение мелкозернистых пылевидных огнеупорных материалов обеспечивает очень высокое качество поверхности отливки;

(13)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

 высокая точность отпечатка модели достигается путем повышения температуры заливаемого металла, что требует использования высокоогнеупорных формовочных и связующих материалов.

 шероховатость поверхности отливок зависит от их толщины и некоторых особенностей технологии.

Восковые модели изготавливают в многоместной пресс-форме на специальном пресс-автомате, а затем собирают припаиванием в модельный блок с общей литниковой системой. Эскиз модельного блока для изготовления отливки показан на рисунке 2.1.

На модельный блок наносят огнеупорную суспензию, состоящую из связующего раствора (как правило, на основе этилсиликата) и огнеупорного порошка.

Для укрепления суспензионного слоя его обсыпают кварцевым песком или крошкой другого огнеупорного материала, после чего просушивают. На блок наносят несколько слоев. Модель удаляют из керамической оболочки выплавлением. Оболочку прокаливают для удаления остатков модельного состава и других органических веществ. Если прочность оболочки недостаточна, ее перед прокаливанием заформовывают в огнеупорный наполнитель.

После заливки и затвердевания металла блок очищают от огнеупорной оболочки, а отливки отделяют от литниковой системы.

Рисунок 2.1 – Сущность метода литья по выплавляемым моделям

(14)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

2.1 Анализ технологичности изготовления детали

Изготовление отливки «Аппарат направляющий» с заданными линейными размерами, конфигурацией, физико-механическими свойствами (прочность, твердость, плотность, структура и т.п.), шероховатостью поверхности и другими требованиями может осуществляться различными методами. При этом могут быть использованы различные типы и конструкции форм, конструктивные и технологические решения по отдельным элементам формы (стержням, литниковой системе, прибылям и т.п.), разнообразные технологические процессы на всех этапах изготовления отливки (приготовление формовочных и стержневых смесей, плавка и разливка металла, изготовление форм, обрубка, очистка и термообработка отливок и т.п.). Поэтому в конкретных условиях производства разрабатывается оптимальный технологический процесс, обеспечивающий стабильное выполнение требований чертежа и технических условий на деталь и отливку при минимальных затратах труда и материальных средств.

Анализ чертежа детали «Аппарат направляющий» показывает, что ее конструкция достаточно технологична для изготовления литьем. Масса детали – 19,8 кг. Минимальная толщина стенки – 6 мм, габаритные размеры детали Ø410х62 мм. Минимальные литейные радиусы 2 мм.

Выбор наиболее эффективного способа изготовления определяется на основе комплексного анализа технической, организационной и экономической целесообразности.

Выбор способа изготовления отливок зависит от ряда факторов (серийности выпуска, конструкции отливки, вида металла, требований к готовой детали и т.д.) и часто требует проведения специальных расчетов. Конфигурация детали не позволяет получить заготовку традиционным методом литья в песчаные формы.

Кроме того, литьем в песчаные формы трудно получить заданную точность отливки 9-0-0-9 ГОСТ Р53464-2009. Наиболее целесообразным методом для

(15)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

получения необходимого качества и геометрических размеров является литье по выплавляемым моделям.

На рисунке 2.2 представлен эскиз детали «Аппарат направляющий», на рисунке 2.3 показана 3D-модель детали «Аппарат направляющий».

Рисунок 2.2 – Эскиз детали «Аппарат направляющий»

Рисунок 2.3 – 3D-модель детали «Аппарат направляющий»

(16)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

2.2 Материал отливки и его свойства

Отливка «Аппарат направляющий» изготавливается из стали марки 20Х13.

Сталь марки 20Х13 и другие стали мартенситного класса: жаропрочные хромистые стали мартенситного класса применяют в различных энергетических установках, они работают при температуре до 600° С. Из них изготовляют роторы, диски и лопатки турбин, в последнее время их используют для кольцевых деталей больших толщин. Существует большое количество марок сталей данного класса.

Общим для всех является пониженное содержание хрома, наличие молибдена, ванадия и вольфрама. Они эффективно упрочняются обычными методами термообработки, которая основана на у - a-превращении и предусматривает получение в структуре мартенсита с последующим улучшением в зависимости от требований технических условий.

Сочетание высокой прочности и пластичности с повышенной стойкостью против коррозии обеспечивается путем дополнительного легирования сталей элементами, которые, практически не снижая стойкости против коррозии, усиливают восприимчивость последних к закалке в результате увеличения количества у-фазы при нагреве. Из таких элементов наиболее эффективен никель.

Легирование сталей рассматриваемого класса одновременно вольфрамом и молибденом обеспечивает более высокую жаропрочность, чем легирование каждым в отдельности. В целях экономии дефицитных элементов (никеля и др.) ведутся работы по замене аустенитных сталей хромистыми мартенситными.

Химический состав стали 20Х13 приведен в таблице 2.1. В таблице 2.2 представлены механические свойства стали 20Х13 в зависимости от тепловой выдержки.

Таблица 2.1 – Химический состав стали 20Х13 по ГОСТ 5632-72 [8]

C Si Mn Ni S P Cr

0,15…0,25 0,20…0,40 1,20…1,60 до 0,60 ≤0,04 ≤0,04 12,00…14,00

(17)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

Таблица 2.2 – Механические свойства стали 20Х13 в зависимости от тепловой выдержки [8]

Механические свойства стали 20Х13 ( стар. 2Х13 ) в зависимости от тепловой выдержки Режим

термообработки

Температура,

°С

Время, ч σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (кДж / см²) Нормализация

1000…1020 ºС, воздух.

Отпуск 730…750 ºС, воздух.

500 5000…10000 500…420 690…670 20…23 62…65 108…118 550 1000…10000 450…440 690…660 26…24 65…63 0…108 600 3000…10000 450…380 660…630 21…23 60…63 78…147

2.3 Выбор положения отливки в форме и определение поверхности разъема Положение отливки в форме при заливке и затвердевании определяет весь технологический процесс. Можно предложить три варианта расположения отливки в форме в период заливки и затвердевания. Разъем формы необходим для извлечения модели, сборки формы и удаления полученных отливок. От выбранного разъема зависит трудоемкость изготовления модельной оснастки и литейной формы, трудоемкость обрубных операций и точность размеров отливки.

Варианты расположения отливки в форме в период заливки и затвердевания представлены на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Варианты расположения отливки в форме в период заливки и затвердевания

(18)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

Вариант №1 – отливка располагается в форме вертикально, наименее целесообразный вариант, т.к. он не обеспечивает направленного затвердевания и возможности установки прибыли на плоскую поверхность.

Вариант №2 – отливка располагается в форме горизонтально, ось симметрии перпендикулярна плоскости разъема, тепловой узел вниз.

Вариант №3 – отливка располагается в форме горизонтально, ось симметрии перпендикулярна плоскости разъема, тепловой узел вверх.

Проанализировав возможные варианты расположения отливки в форме приходим к выводу о наибольшей целесообразности варианта №3 (рисунок 2.5).

При таком расположение возможно установка прибылей на тепловых узлах и обеспечивается направленное затвердевание.

При литье по выплавляемым моделям применяется корковая форма, которая не имеет разъема, однако необходимо выбрать разъем пресс-формы, которая применяется при изготовлении выплавляемой модели. Сложная геометрия отливки приводит к необходимости применения сложной пресс-формы с большим количеством отъемных частей [9].

Рисунок 2.5 – Линия разъема пресс-формы 2.4 Определение припусков на механическую обработку

Точность отливки назначается в соответствии с ГОСТ Р 53464-2009 [10].

Точность отливки 9-0-0-9 ГОСТ Р 53464-2009.

(19)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

В таблице 2.3 приведены допуски и припуски отливки «Аппарат направляющий».

Таблица 2.3 – Допуски и припуски отливки «Аппарат направляющий»

Размер Допуск литейных размеров Допуск формы поверхности отливки Допуск неровности поверхности отливки Допуск массы отливки Общий допуск элементов отливки Обработка Припуск

Ø410 4,2 1,00

2,84 10 %

5,0 Чистовая 5

Ø314 4,1 1,00 4,8 Чистовая 5

Ø125 4,0 1,00 4,6 Чистовая 5

62 3,6 0,64 4,2 Чистовая 5

Масса отливки с учетом припусков составляет 27,2 кг.

2.5 Разработка конструкции и расчет литниковой-питающей системы

Прибыль необходима для получения плотного металла без усадочных пороков. Прибыль необходима для компенсации объемной усадки в период затвердевания. Поскольку отливка имеет компактную форму, то весь ее объем можно принять за тепловой узел. Объем отливки находим исходя из ее массы и плотности металла. За тепловой узел принимаем всю отливку. При литье по выплавляемым моделям применяем схему заливки через прибыль. На рисунке 2.6 представлен эскиз отливки с прибылью и литниковой системой. А на рисунке 2.7 представлена трехмерная модель отливки с прибылью и литниковой системой.

Объем теплового узла.

. м 0035 , 0

V_ТУ1  ³

(20)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

Определяется объем прибыли по формуле:

, 1 V

V _ПУ₁

V V

ПР1 













  _(2.1)

где VПР1 – объем прибыли, м³;

β – отношение объема прибыли к объему усадочной раковины, β=10;

εV – часть объемной усадки сплава, принимающая участие в формировании усадочной раковины, εV =0,045;

VПУ1 – объем питаемого узла, м³.

. м 0029 , 0 0035 , 045 0 , 0 10 1

045 , 0

V_ПР1 10   ³





 

Рисунок 2.6 – Эскиз отливки с прибылью и литниковой системой

(21)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

Рисунок 2.7 – Трехмерная модель отливки с прибылью и литниковой системой

Спроектированная прибыль, кроме питания выполняет роль стояка, шейки прибыли выполняют роль питателей.

2.6 Разработка конструкции пресс-формы

Пресс-формы должны отвечать следующим основным требованиям:

 обеспечивать получение моделей с заданной точностью и чистотой поверхности;

 иметь минимальное число разъемов при обеспечении удобного и быстрого извлечения моделей;

 иметь устройства для удаления воздуха из рабочих полостей;

 быть технологичными в изготовлении, долговечными и удобными в работе.

(22)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

Выбор типа пресс-формы обусловлен в основном характером производства (опытное, серийное, массовое), а также требованиями, предъявляемыми к отливкам по точности размеров и чистоте поверхности. При крупносерийном, а особенно при массовом производстве следует применять стальные пресс-формы, изготовленные механической обработкой. В таких пресс-формах за одну запрессовку получают звено моделей с готовой частью литниковой системы. Для отливки «Аппарат направляющий» применяют пресс-форму из стали 45Х ГОСТ 4543-71.

Формообразующие поверхности пресс-форм, изготавливаемых на металлорежущих станках, необходимо полировать. Сопрягаемые поверхности пресс-форм (стыковые), поверхность штырей, втулок, колодок и других подвижных частей следует выполнять с шероховатостью Ra = 1,25 – 0,63 мкм; поверхности, образующие литниковую систему, с Ra = 2,5 – 1,6 мкм; остальные нерабочие части пресс-форм можно выполнять с Rz = 40 – 10 мкм.

Из-за непостоянной усадки модельной композиции и металла, а также расширения оболочки формы при нагреве невозможно точно рассчитать размеры полостей пресс-форм. Так как суммарная усадка модельной композиции и металла больше расширения оболочки при нагреве, то для предварительных расчетов можно принять среднюю усадку для чугуна сталей 0,8 %. С учетом обязательной последующей доводки элементы пресс-формы, оформляющие наружные части отливки, должны иметь уменьшенные размеры, а оформляющие внутренние части – увеличенные [11].

2.7 Технология литья по выплавляемым моделям Правила работы с воском:

 Котел релаксации №1 – дегидратация в спокойном состоянии;

 Котел для удаления влаги – выпаривание воды в процессе перемешивания;

(23)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

 Котел релаксации №2 – удаление загрязнений в спокойном состоянии.

Параметры котла релаксации №1:

 температура 85…90 ℃;

 время релаксации 6…8 ч.

Параметры котла для удаления влаги:

 температура перемешивания 110…120 ℃;

 время для удаления влаги 10…12 ч.

Параметры котла релаксации №2:

 температура 80…85 ℃;

 время удаления загрязнений ＞12 ч.

Термокамера:

 температура 54±2 ℃;

 время ＞ 24 ч.

Необходимо проверить оборудование, верно ли работают термоконтроллеры.

Профильтровать использованный воск, которые поступает из котла для удаления воска в фильтрующий бак для дальнейшей регенерации. Снова поместить воск в котел релаксации, продержать там в спокойном состоянии 6 – 8 часов при температуре 90 градусов.

После выпадения осадка, поместить воск в котел удаления влаги. В котле для удаления влаги перемешивать при температуре 110…120℃, добиться испарения воды, убедиться, что на поверхности нет пузырей. После удаления влаги, воск нужно профильтровать через сито с размером зерна менее 60 и поместить в котел релаксации

№2 при температуре ＜90 ℃, держать там более 12 часов.

Из котлов релаксации и испарения воды должны своевременно удаляться осадок и загрязнения. После котла релаксации №2 регенерированный воск можно поместить в термопенал станка для штамповки восковых моделей, для производства формы детали или сливных каналов. В зависимости от

(24)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

характеристик и расхода воска, в котел релаксации добавляют новый воск， примерно 3...5%.

Когда происходит помещение воска в термокамеру, для уменьшения газов в воске, сначала выдерживают его при температуре 80℃/2ч, затем понижают до 54 ℃, при 54±2℃ выдерживают 24 часа, затем можно из него делать формы.

Из котлов релаксации №1 и №2 необходимо вовремя удалять воду и загрязнения. При проверке оборудования, уделить внимания термоконтроллерам, так как при сверхвысоких температурах воск может утратить свои свойства.

Каждый месяц нужно проверять оборудование по работе с воском, смазывать маслом, масло должно отстоять от верхней части станка на расстояние 200 мм во избежание его переливания, избегайте протечек масла.

Требования к процессу изготовления модели из воска:

 температура 24±3 ℃;

 температура в восковом цилиндре 54±2 ℃ (для крупных деталей требуется дополнительная настройка);

 температура в аппарате для впрыскивания воска 57…64 ℃;

 давление впрыскивания 4,2 MПa (42 кгс/cм²）;

 время впрыскивания 5…15 с;

 охлаждение ＜ 10 ℃;

Перед началом работу требуется проверить давление масла, температуру в станке для штамповки восковых моделей, работают ли кнопки. Отрегулировать давление впрыскивания воска, температуру, время впрыскивания, время охлаждения.

При перекладывании воска из термокамеры в восковый цилиндр станка для штамповки моделей. Нужно удалить верхний слой воска, смешанного с воздухом.

Когда форма помещается на рабочее место станка для штамповки моделей, нужно проверить, совпадает ли высота отверстия формы для воска и аппарата для

(25)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

впрыскивания воска, проверить на месте ли сердечник формы, нормально ли она смыкается.

Раскрыть форму, распылить тонким слоем разделяющий реагент, сомкнуть форму, впрыснуть воск. Двумя руками нажать на кнопки, сжать форму. Извлечь сердечник, раскрыть формы, аккуратно достать восковую форму, поместить в холодную воду и оставить на плоской поверхности охлаждаться. Проверить форму по следующим признаком, если эти признаки есть, то она непригодна для использования:

 есть большие пузыри воздуха;

 грани формы нечеткие;

 видоизменения, которые нельзя устранить;

 размеры не соответствуют требованиям.

Очистить остатки воска с формы, продуть матрицу сжатым воздухом, очистить крошки воздуха с сердечника, смазать. Нельзя применять металлические режущие инструменты для отскабливания.

Нужно вовремя достать восковую модель из холодной воды, очистить волной сжатого воздуха, проверить, положить остывать. Каждый день в конце дня, мягкой тряпочкой протирать форму, при обнаружении повреждения форма сдается в ремонт. Нужно очищать станок для штамповки воска, инструменты, рабочее место.

При штамповке восковых моделей, сначала нужно проверить основные детали, готовы ли они к работе. При работе нельзя резко менять параметры давления.

При использовании новой формы, необходимо правильно собрать матрицу, правильно разобрать, извлечь воск. При хранения восковой формы, важно бережно ее хранить, избегать деформации. Важно правильно подобрать зажимное приспособление.

(26)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

Требования к процессу очистки восковой модели

Температура в помещении должна быть 24±3 ℃. Перед чисткой формы необходимо проверить четкость граней на поверхности формы, является ли поверхность гладкой и блестящей, без изъянов, соответствуют ли параметры требованиям, не изменилась ли форма.

При помощи лезвия вдоль поверхности формы аккуратно соскоблить выступы и пересекающие форму линии, не повредить форму. Мелкие повреждения можно убрать тряпочкой. Во впадины можно добавить регенерирующий воск, чтобы поверхность была ровной. Пузыри воздуха на поверхности необходимо проколоть, впадины заделать регенерирующим воском.

Высокие отливки и складки необходимо выровнять. Остатки сдуть струей сжатого воздуха, положить на ровную поверхность.

Проверить модель: завершен ли процесс очитки, не изменилась ли форма, соответствует ли модель стандартам.

Требования к процессу пайки модели

Температура в помещении должна быть 24±3 ℃. После пайки, между поверхностью модели и чашей восковых каналов должно быть расстояние не менее 60 мм. После пайки зазоры в восковой модели должны быть 6…8 мм (минимальный 4 мм), расстояние между желобами должно быть не менее 10…12 мм, длина внутренних каналов 8…12 мм.

Выбрать вид литникового канала в зависимости от типа изделия. Проверить восковые каналы на соответствие требованиям. На литниковую чашу канала положить чистую заслонку, чтобы была ровная поверхность без швов. Если есть швы, их нужно устранить термопаяльником, чтобы туда не попала клеевая масса при производстве оболочки. Используя спекшийся воск или термопояльник осуществить пайку. Соединить литниковый канал с формой, надежно склеить.

(27)

22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ

^лист

.

При помощи сжатого воздуха удалить остатки воска, подвесить полученную форму для дальнейшей очистки. Закончить работу, убрать рабочее место.

Пайка модели и литниковых каналов должна быть прочной, бесшовной.

Должен использоваться один и тот же материал. Если воск накапал, то его необходимо убрать.

Требования к процессу очистки формы с литниковыми каналами:

 моющее средство ZF-301 и т.д.;

 температура в помещении должна быть 24±3 ℃.

Согласно пропорциям, смешать моющее средство. После пайки форму оставить в покое более чем на 45 минут. Погрузить ее в моющее средство, трижды поводить взад-вперед примерно 5 секунд, достать, убрать жидкость.

Очистить сжатым воздухом. Подвесить на конвеер.

Из одной партии очищенных форм выбрать два сектора и погрузить их в силиказоль с добавлением 0,5% увлажнителя. Осторожно извлечь, проверить вся ли поверхность увлажнилась. Если модель полностью увлажнилась, смыть силиказоль, просушить сжатым воздухом, повесить на конвейер. Если поверхность не увлажнилась полностью, то нужно повторить процесс очистки.

Если уровень жидкости понизился, его нужно своевременно восполнить.

Если появились белые хлопья, то нужно выждать 24 часа, удалить 2/3 раствора загрязненного раствора, добавить новую жидкость. Обычно один раствор можно использовать 40 дней, 6000…8000 раз). Из очищающего раствора нужно своевременно доставать форму. После использования удалять посторонние предметы, плотно закрывать крышкой.

При очистке должен идти воздухообмен, движение воздуха.

В таблице 2.4 представлены химический состав и физические свойства силиказоля. В таблице 2.5 представлены качественные показатели увлажнителя

JFC.