1 Разработка технологии изготовления отливки «Корпус»

1.1 Общая характеристика литой детали

Деталь «Корпус» изготовлена из стали 30Л. Масса детали 200 кг, габаритные размеры: длина - 840 мм, ширина - 265 мм, высота - 290 мм. Деталь относится к отливкам средней сложности. Тип производства - механизированный, производство мелкосерийное. Способ литья - механизированный, в разовые формы из холодно-твердеющей смеси [1].

Сталь 30Л – конструкционная нелегированная сталь. Область применения: рычаги, балансиры, корпусы редуктора, муфты, шкивы, кронштейны, детали сварно-литых конструкций, чаши и конусы засыпных аппаратов, станины, балки, опорные кольца, бандажи, маховики и другие детали, работающие под действием средних статических и динамических нагрузок., предел прочности его составляет 340 МПа.

Таблица 1.1- Химический состав стали 30Л-I по ГОСТ 977-88

Марка стали	Массовая доля элементов,%
	C	Mn	Si	P	S
30Л	0,27…0,35	0,45…0,9	0,2…0,52	≤0,04	≤0,045

Температура критических точек материала 30Л:

Ac₁ = 735 ,      Ac₃(Ac_m) = 813 ,       Ar₃(Arc_m) = 796 ,       Ar₁ = 677

Таблица 1.2 - Технологические свойства материала 30Л .

Свариваемость:	ограниченно свариваемая.
Флокеночувствительность:	не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна.

Таблица 1.3 - Механические свойства при Т=20^oС материала 30Л .

Сортамент	σв	σT	δ5	ψ	KCU	Термообработка
	МПа	МПа	%	%	кДж / м2
Отливка	480	260	17	30	350	Нормализация 880 - 900oC, Отпуск 610 - 630oC,

Твердость материала   HB 10 ^-1 = 131 - 217   МПа

1.2 Анализ технологичности конструкции детали «Корпус»

Технологической считается такая конструкция литой детали, которая позволяет получить отливку заданного качества при минимальных энергетических и трудовых затратах [1].

Технологичность конструкции детали «Корпус» будем оценивать по соответствию ее определенным принципам и требованиям:

1.Минимально допустимая толщина стенки детали должна быть не меньше минимально допустимой для данного сплава и способа литья:

,

где - минимальная толщина стенки детали, определяемая типом заливаемого сплава, его химическим составом, а также литейно-технологическими свойствами сплава, ⁼ 12;

- минимальная толщина стенки рассматриваемой детали, = 30 мм, 30>12.

По этому параметру деталь «Корпус» можно считать технологичной.

2. Разнотолщинность сопрягаемых стенок не должна превышать четырех.

< 4, (1.1)

где δ - максимальная сопряженная толщина стенки δ =155 мм,[25],

δ - минимальная сопряженная толщина стенки, δ = 40 мм., [25]

3,875<4

Так как в детали «Корпус» разнотолщиннностъ сопряженных стенок не превышает четырех, то по этому параметру её можно считать технологичной;

3. В детали должны быть правильно выполнены переходы и сопряжения: если выполняется условие:

, (1.2)

то сопряжение выполняется в виде галтели.

Так как , то есть , то выбираем радиус галтели: r =20мм.

4. В детали должны отсутствовать «глухие полости» и отверстия. Внутренние полости и отверстия должны иметь выход наружу.

В детали «Корпус» все отверстия являются непроливными элементами, которые впоследствии будут механически обрабатываться, глухих полостей нет; по этому параметру деталь считается технологичной;

5. Деталь должна быть спроектирована с соблюдением принципов последовательного, или же объемного затвердевания.

В детали «Корпус» наиболее массивная часть расположена по центру отливки, ещё два термических узла расположены по бокам отливки. Чтобы добиться направленного затвердевания и избежать усадочных раковин, над массивными частями детали устанавливаем прибыли.

Деталь компактная и не имеет резко выступающих частей, которые будут мешать извлечению модели из формы при формовке.

6. Деталь представляет собой сочетание простых геометрических форм с преобладанием прямых линий.

7. Конструкция детали позволяет изготавливать формы, стержни и производить сборку формы при минимальных затратах.

В целом деталь технологична, и ее можно изготовлять литьём при достижении требуемого качества.

1.3 Выбор способа изготовления отливки

Определим группу сложности оливки. Отливка представляет собой сочетание плоскостных форм, внутренние полости имеют сложную форму, отливка имеет много обрабатываемых поверхностей. Косвенной характеристикой сложности отливки является коэффициент габаритного объема.

Коэффициент габаритного объема определяется по формуле:

, (1.3)

где А, В, С – габаритные размеры, дм, А= 8,40 дм, В= 2,65 дм; С=2,90 дм;

- масса отливки, кг, =200 кг;

Для отливки «Корпус» коэффициент габаритного объема равен:

Следовательно, делаем вывод, что отливка средней сложности.

Рисунок 1.1 - Блок-схема технологического процесса изготовления отливки «Корпус»

При массе детали 200 кг наиболее целесообразно ее изготавливать с использованием холоднотвердеющих смесей. Эту форму изготавливаем автоматизировано.

Данная отливка будет изготавливаться в разовой форме, которая будет состоять из двух полуформ: верхней и нижней, где будет образовываться полость, ограниченная стенками полуформ и стержнями.

На рисунке 1.1 приведена блок-схема технологического процесса изготовления отливки «Корпус».

1.4 Выбор поверхности разъёма модели и формы и положения отливки в форме при заливке.

Разработка технологического процесса изготовления отливки начинается с выбора правильного положения отливки в форме при заливке. Как правило, для любой отливки возможно несколько вариантов положения при формовке. На основе анализа возможных вариантов, преимуществ и недостатков каждых, выбираем оптимальный вариант с минимальным количеством недостатков. При этом руководствуясь следующими основными правилами [1]:

1. Всю отливку, или же более высокую ее часть, следует располагать в одной, желательно, нижней полуформе;

2. Отливку необходимо располагать таким образом, чтобы соблюдался принцип последовательного или же, при необходимости, объемного затвердевания.

3. Наиболее ответственные части отливки и поверхности подвергаемые механообработке, должны располагаются в нижнем положении, вертикально или наклонно.

4. Отливка должна располагаться в форме таким образом, чтобы обеспечивалось свободное извлечение модели из формы при формовке.

5. Отливка должна располагаться таким образом, чтобы ее можно было изготавливать без стержней или с минимальным их количеством при формовке по модели без отъемных частей.

6. Выбранное положение отливки должно обеспечить простоту сборки формы, установки всех стержней в нижнюю полуформу, а также обеспечить контроль качества сборки формы.

7. Выбранное положение отливки в форме должно способствовать спокойному заполнению формы жидким металлом при минимальной высоте падения струй.

При выборе поверхности разъема модели и формы руководствуемся следующими основными правилами:

1. Поверхность разъема должна быть одной, по возможности плоской;

2. Наиболее ответственные части отливки должны располагаться в одной нижней полуформе и поверхность разъема формы не должна пересекать ответственные поверхности отливки;

3. Базовые поверхности, подвергаемые механообработке, должны располагаться в одной нижней полуформе, если это невозможно, то в одной полуформе следует располагать более высокую часть отливки;

4. Поверхность разъема должна обеспечивать простоту формовки, а также свободное извлечение модели, в отсутствие отъемных её частей;

5. Поверхность разъема должна обеспечивать удобство устройства литниково-питающей системы.

Рассмотрим несколько вариантов расположения отливки «Корпус» в форме при формовке:

1. Отливку располагаем в нижней полуформе, что значительно улучшит технологический процесс ее изготовления (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 – Первый вариант расположения отливки

Преимущества первого положения отливки в форме:

1) Вся отливка расположена в одной нижней полуформе, поэтому исключается перекос, уменьшается вероятность ухода металла по разъему формы и образование заливов, уменьшается высота и делается более легкой верхняя полуформа;

2) Наиболее ответственные части отливки, которые подвергаются механической обработке располагаются в нижней полуформе, что позволяет уменьшить дефекты по неметаллическим включениям, усадочным и газовым раковинам;

3. ) База обработки и поверхности подверженной механообработке располагаются в одной полуформе и не пересекаются с поверхностью разъема формы;

4) Модель свободно извлекается из формы при формовке;

Недостатки первого положения отливки в форме:

1) Не формируется отпечаток верхней части модели;

2) Требуется применение сложных стержней для изготовления отливки.

2. Отливку можно разместить в верхней полуформе, так как показано на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 – Второй вариант расположения отливки в форме

Преимущества второго положения отливки в форме:

1) Вся отливка располагается в верней полуформе;

2) Исключаются сдвиги и перекосы;

3). Наиболее ответственные поверхности, подвергаемые механообработке, располагаются в нижнем положении или вертикальном;

4) База обработки и обрабатываемая поверхность расположены в одной полуформе;

Недостатки третьего положения отливки в форме

1) Возрастает вероятность ухода металла в разъем формы;

2) Невозможна установка закрытых прибылей;

3) Некоторые обрабатываемые поверхности находятся в верхнем положении;

4) Увеличивается высота верхней полуформы, а следовательно трудность его изготовления и расход формовочной смеси;

3. Так же отливку можно разместить в двух полуформах, как показано на рис.1.4.

Рисунок 1.4 – Третий вариант расположения отливки в форме

Преимущества третьего положения отливки в форме:

1) Выбранное положения обеспечивает вывод воздуха из полости формы и стержней;

2) Модель легко вынимается из полуформы без разрушения, отсутствуют отъемные части;

3). Простота изготовления модели.

Недостатки третьего способа изготовления отливки:

1) Возрастает вероятность ухода металла в разъём формы;

2) Некоторые обрабатываемые поверхности находятся в верхней полуформе;

3) Из-за расположения модели в верхней и нижней опоках возможны перекосы и смещения отливки.

4) Неодинаковая высота верхней нижней полуформ

Выбираем первое положение отливки в форме, так как в нем меньшее количество недостатков, по сравнению со вторым и третьим положением отливки в форме, и отливку можно изготовить методом литья требуемого качества при минимальных затратах.

1.5 Определение допусков размеров массы и величины припусков на механическую обработку

Для отливки «Корпус» принимаем способ литья в одноразовой форме из холоднотвердеющей смеси. Отливка относится к группе средней сложности, изготавливается в условиях автоматизированного мелкосерийного производства. Дальнейший расчет допусков размеров массы и величин припусков на механическую обработку производим в программе «Foundry». Результаты расчёта приведены в табл.1.2

Таблица 1.2- Допуски размеров, массы и припусков на механическую обработку

Таблица 1.3 - Припуски на мехобработку

Номинальный размер детали, мм	Допуск на размер мм	Припуск на размер мм	Действительный размер отливки, мм
840Б	8,0	7,3	854,6±4,0
290В	6,4	6,3	296,3±3,2
265Б	6,4	4,6	269,6±3,2
265Б	6,4	6,0	271,0±3,2
90Б	4,4	3,5	97,0±2,2
25Б	3,2	2,9	27,9±1,6

1.6 Определение границ и количество стержней. Определение непроливных элементов.

Для изготовления отливки «Корпус» необходимо 4 шт. стержня, они необходимы для выполнения боковых карманов. Стержни располагаются в нижней полуформе, крепятся в форме с помощью знаковых частей. Расчет стержневых знаков сводится к определению высоты знака (h), зазора между знаками формы и стержня (S1 и S3) и формовочного уклона (α).

Для стержней №1 и №2 в зависимости от величины - (172,5 мм), L - (60 мм) стержня и положения стержня в форме (горизонтальное) определяем длину знака l=25мм.

Для стержней №3 и №4 в зависимости от величины - (232,5 мм), L - (135мм) стержня и положения стержня в форме (горизонтальное) определяем длину знака l=35мм [1].

В зависимости от высоты знака (һ), длины стержня (L) и класса точности модельного комплекта (І) определяем значение зазора между опорами для ст.1, ст.2 - S1=1,0 мм; S3=1,5∙S1=1,5мм. Для ст.2 и ст.3- S1=1,1 мм; S3=1,5∙S1=1,65 мм [1]. Значения уклонов на знаковых поверхностях: для ст.1 и ст.2 – α=5°, β=6°, для ст.3 и ст.4 - α=5°, β=6°.

1.7 Расчёт массы отливки

В отливке «Корпус» 18 непроливных элементов. На чертеже элементы литейной формы перечеркнуты красным цветом.

Масса отливки определяется по формуле:

М_отл = М_д + М_{мех.обр.} + М_н.эл. + М_доп ±∆Р, (1.4)

где М_отл – масса отливки, кг;

М_д – масса детали, М_д = 200 кг;

М_{мех.обр.} – суммарная масса припусков на механическую обработку, кг;

М_н.эл. – суммарная масса непроливных элементов, кг;

М_доп – суммарная масса дополнительных элементов, М_доп=0 кг;

∆Р – допуск массы отливки.

М_{мех.обр.} = V_{мех.обр.} · ρ, (1.5)

где V_мех.об – суммарный объем припусков на механическую обработку, м³;

ρ – плотность стали, ρ = 7800 кг/м³, [1].

M_н.эл.= V_н.эл. · ρ, (1.6)

где Vн.эл. – суммарный объем непроливных элементов, м³;

М_доп = V_доп ·ρ, (1.7)

где V_доп – суммарный объем дополнительных элементов, м³;

Расчет суммарной массы припусков на механическую обработку осуществим поэтапно:

М₁= кг;

М₂= кг;

М₃= кг;

М₄= кг;

М₅= кг;

М₆= кг;

М_{мех.обр}= кг.

Аналогично осуществляем и расчет суммарной массы непроливных элементов по формуле (1.6):

М_непр1= 2,2кг.

М_непр2= кг.

М_непр3= кг.

М_непр4= кг.

М_непр5= кг.

М_непр6= кг.

М_непр7= кг.

=

=2 кг.

= кг.

=

=

=

=

=

=

=

==

М_непр= кг.

Итак, масса отливки составит:

кг.

С учётом допуска массы, общая масса будет составлять:

М=М_отл±8%·М_отл=311,66±12,45 кг

Принимаем массу отливки 315±12,45 кг

1.8 Расчёт прибылей

Так как отливка стальная и действует принцип направленного затвердевания, то требуется установка прибылей. В данном случае будем использовать 3 прибыли, которые устанавливаем по 1 на каждый термический узел. Прибыли будем устанавливать на плоскую поверхность отливки, такое расположение уменьшит объем и трудоёмкость механической обработки.

Используем прибыли прямого питания (питающее сечение прибыли располагается непосредственно над питаемым сечением отливки), закрытые, полушаровые, вытянутые.

Расчет прибыли проведём в программе «Foundry». Результат расчёта приведён в табл.1.4.

Таблица 1.4 - Автоматизированное проектирование прибылей стальных отливок