Лекция.

Тема: «Введение в дисциплину «Конструирование литейной оснастки»».

План лекции.

1. Цель и задачи дисциплины и место в учебном процессе.

2. Назначение и этапы конструирования чертежа отливки.

3. Основы конструирования технологической оснастки и эксплуатации.

Целью преподавания дисциплины «Конструирование литейной оснастки» является подготовка студентов для производственно – технологической, проектно – конструкторской и организационно – управленческой деятельности при изготовлении технологической оснастки литейного производства, которая является предметом изучения. От уровня качества изготовления оснастки в значительной степени зависит не только качество отливок, но и производительность, и рентабельность литейных цехов. Поэтому перспективами развития технологической оснастки предусматривается развитие и реконструкция существующего модельного цеха, но и строительство новых модельных цехов и цехов специализированных на изготовление металлической оснастки, применения новых материалов, отвечающих современным требованиям для изготовления оснастки, широкие научные исследования в этой области.

Основные задачи дисциплины является рассмотрение:

- о методах и этапах создания чертежа отливки;

- основных требований (конструктивных, технологических и эксплуатационных) к литым деталям и отливкам, как заготовкам деталей;

- навыков проводить анализ технологичности литой детали, разработка конструкции технологической оснастки, выбора способа литья и разработки технологии изготовления оснастки с заданными свойствами согласно требований конструкторского чертежа детали, метода инженерных расчетов элементов отливки и литниково – питающей системы;

- навыков расчета и назначения точности отливки, и припусков на механическую обработку, технологических напусков, литейных уклонов и тому подобное;

-основных требований к составу оснастки и графическому оформлению (выполнению) конструкторской и технологической документации на отливку и литейную оснастку при её конструировании;

- этапов стадий разработки и этапов работы по проектированию и эксплуатации неметаллических, металлических моделей, кокилей, пресс – форм для литья под давлением, пресс – форм для получения моделей для литья в керамические формы, разовых моделей единичного заказа;

- навыков по организации изготовления оснастки, её эксплуатации или организации ремонта оснастки;

- навыков работы программами на компьютере при конструировании оснасти и разработки технологии получения литья.

Основное внимание в учебном курсе по данной дисциплине уделим получению знаний наиболее эффективных способах разработки чертежей отливок, технологической оснастки для получения литой заготовки, конструкторской документации и по пользованию технической литературой и стандартами.

Какая документация потребуется при конструировании оснастки для производства отливок? Рассмотрим:

1. Чертёж детали – документ, содержащий изображение детали и другие данные , необходимые для её изготовления и контроля.

2. Технические условия – документ, содержащий потребительские эксплуатационные показатели изделия и методы контроля его качества.

3. ГОСТы на материалы, некоторые стандарты комплекса ЕСКД, необходимые при разработке оснастки. ЕСКД устанавливает ГОСТ 2001-70, состав стандартов входящих ЕСКД, определяются перечнями:

Технические требования к отливкам определяются техническими условиями и регламентируются ГОСТами и ОСТами, в некоторых случаях – дополнительно стандартами предприятий изготовителей отливок. Кроме того, специальные требования к отливкам могут оговариваться в чертежах литых деталей при их разработке.

Назначение технических требований зависит, прежде всего, от назначения литой детали, применяемого сплава, технологических возможностей литейного цеха, а так же экономической целесообразности. При технической невозможности или экономической нецелесообразности обеспечения отдельных требований к отливкам при их изготовлении (например, необходимой точности размеров детали или шероховатости поверхности) выполнение этих требований обеспечивается обработкой резанием, что предусматривается в технологическом процессе изготовления детали.

Отливки из цветных сплавов по условиям применения и в зависимости от объема приемосдаточных испытаний делят на три категории ответственности: I, II, III. К категории I относят отливки, длительно работающие в неблагоприятных условиях под значительными нагрузками. Такие отливки подвергают индивидуальному контролю вихревыми токами, рентгенопросвечиванием, флуоресцентному контролю. Для отливок этой категории предусмотрено выборочное испытание механических свойств на отдельно отлитых образцах от каждой плавки с одновременным испытанием механических свойств на образцах, вырезанных из тела контрольных отливок, а так же поштучный контроль на плотность.

Отливки категории II используются в нормальных условиях под средними нагрузками и подвергаются выборочному контролю рентгенопросвечиванием. Для отливок этой категории предусмотрено испытание механических свойств на отдельно отлитых образцах, вырезанных из прилитой к отливке заготовки, а так же поштучный или выборочный контроль на плотность.

К категории III относятся малонагруженные отливки, которые рентгеропросвечиванию не подвергаются. Для отливок этой категории механические свойства определяют на отдельно отлитых образцах от плавки или при выборочном испытании образцов, вырезанных из прилитой к отливке заготовки. Химический состав и механические свойства сплавов в отливках должны соответствовать требованиям ГОСТов или отраслевых стандартов.

В зависимости от массы, габаритных размеров, толщины стенки, класса точности размеров, категории ответственности отливки из Al и Mg сплавов подразделяются на шесть групп сложности. Для определения группы сложности конкретной отливки необходимо сопоставить её параметры с параметрами отливок каждой из групп сложности. По наибольшему числу признаков, не менее чем по четырем, отливку относят к той или иной группе сложности.

Параметр отливки	Группа сложности
	1	2	3	4	5	6
Масса без литников и прибылей кг, не более	30	15	8	30	15	8
Габаритные размеры, мм	400-1000	400-1000	250-1000	100-400	100-250	До 100
Число размеров, определяющих отливку	До 200	150-200	100-150	До 100	До 100	До 100
Класс точности размеров (по ГОСТ 26645-85)	6-13т	5т-13	5-13т	3т-13т	3т-13т	3т-13т
Число стержней	До 15	До 10	До 10	До 8	До 5	нет
Категория ответственности	I	I	I,II	I,II	II,III	II-III

Под размерной точностью понимают степень соответствия фактических размеров отливок размерам, указанным в чертеже детали и в технических условиях на отливки. Геометрическая точность изготовления отливок оценивается, как правило, по четырем параметрам, которыми являются точность основных размеров отливки, выполнения криволинейных поверхностей, расположения отдельных поверхностей друг относительно друга, а также шероховатость литой поверхности. При разработке чертежа литой детали необходимо учесть, что допуски размеров являются суммарными, и ограничить погрешности, возникших, на разных стадиях изготовления отливки, но всем указанным параметрам. Изменение размеров в величину допусков не входит.

Точность размеров отливки зависит от ее габаритных размеров, сложности ее конфигурации, способа литья и применяемого сплава с возрастанием сложности и габаритных размеров точность отливок уменьшается, так как уменьшается точность изготовления литейных форм и модельной оснастки, а так же стабильность температурных режимов при затвердевании и остывании отливок.

Для каждого способа литья характерен ряд факторов, влияющих на размер точности отливок.

Например, при литье в металлические формы (Л.П.Д, в кокиль и т.д) на точность отливок наибольшее влияние оказывают:

-точность изготовления формы стержневых ящиков;

-постоянство толщины защитных покрытий рабочих поверхностей формы;

-число разъемов формы и плотность сопряжения ее отдельных частей;

-температура формы при заливке;

-постоянство усадки сплава.

В песчаных формах на точность изготовления отливок влияют:

-точность изготовления модельной и стержневой оснастки;

-способ изготовления формы;

- на формовочных машинах;

-вручную;

-сырая или сухая форма.

При литье по выплавляемым моделям точность размеров отливок зависит:

-от материала пресс-форм и точности изготовления модельного состава;

-состава керамического покрытия;

-способа формовки оболочек перед заливкой.

Допуски размеров отливок регламентируют ГОСТ 26645-85

Взаимосвязь между размерами отливки, допусками и припусками на обработку резаньем.

L_Д и D_Д –наименьший размер детали

L_О и D_О –номинальный размер отливки

L_ОА и D_ОА – наименьший размер отливки

L_ОБ и D_ОБ –наибольший размер отливки

T_О – допуск отливки

Z – припуск(средний) на обработку резаньем

При назначении допусков и припусков на обработку за номинальный размер наклонных, конических и фасонных поверхностей, заданных координатами от одной базы ( кроме поверхностей, наклон которых вызван формовочным уклоном), следующий принимать наибольший их размер. Допуски размеров элементов отливки, образованных двумя полуформами и перпендикулярных к плоскости разъема, устанавливают в соответствии с классом точности размеров отливки. Допуски размеров элементов, образованных одной частью формы или одним стержнем, устанавливают на один два класса точнее. Допуски размеров элементов, образованных тремя и более частями формы, несколькими стержнями или подвижными элементами формы, а также толщины стенок, ребер и фланцев устанавливают на один два класса грубее. Допуски размеров от предварительно обработанной поверхности, используемой в качестве базы, до литой поверхности устанавливают на два класса точнее.

Стандартом допускается устанавливать симметричные и несимметричные предельные отклонения размеров при этом предпочтительно следующее расположение полей допусков:

Несимметричное одностороннее « в тело»

- для размеров элементов отливки ( кроме толщины стенки ), расположенных в одной части формы и не подвергаемых механической обработки при этом для охватывающих элементов (отверстие) поле допуска располагают « в плюс «, а для охватываемых (вал) – в минус;

- симметричное – для всех остальных элементов отливок, не подвергаемых и подвергаемых механической обработке;

Предельные отклонения (допуски) линейных размеров, смещений, коробление назначают в соответствии ГОСТ 26645-85 с учетом номинальных размеров, класса точности отливок.

Предельные отклонения массы отливок. Номинальной массой отливки является масса отливки зависит от ее номинального значения, способа литья и точности изготовления детали. Допускаемые верхние отклонения принимаются по ГОСТ 26645-85 и оговаривают в чертеже отливки. Припуски на механическую обработку резанием назначают с целью достижения заданных чертежей конечного или промежуточных размеров, шероховатости поверхности детали и качества поверхностного слоя металла отливки. Минимальные припуски определяют в зависимости от класса точности отливки, её номинального и габаритного размеров, положения при заливки, способа литья и вида сплава. Основные и дополнительные припуска на механическую обработку (на сторону) назначают в зависимости от допусков размеров отливки и устанавливают их дифференцировано для каждого элемента отливки в соответствии с ГОСТ 26645-85.

Меньшее значение устанавливают для более грубых квалитетов, большее значение припуска – для более точных квалитетов.

Основные припуски назначают на размеры поверхностей отливки, находящихся при заливке снизу или сбоку. На поверхности, расположенные при заливке в верху, допускается увеличивать припуск до значения, соответствующего следующему ряду припусков (см. таблицу 6 справочник « Цветное литье» стр. 14).

Дополнительный припуск компенсирующий отклонения расположения элементов отливки: коробление, смещения по плоскости разъема, погрешность расположения обрабатывают поверхности относительно базы обработки, назначают в ином случае, если наибольшее из предельных отклонений расположения превышает половину допуска на соответствующий размер отливки. Общий припуск на механическую обработку устанавливают равным сумме основного и дополнительного припусков.

Требования к шероховатости поверхностей отливок. От состояния поверхности во многом зависит служебные свойства (прочность, износостойкость, коррозионная стойкость, долговечность и др.) и товарный вид литых деталей. Качество поверхностей отливок в целом оценивают по степени их шероховатости и наличию поверхностных дефектов в виде неотделимого пригара, наростов, оксидов, волнистости и других неровностей. Требования к шероховатости поверхностей отливок устанавливают исходя их функционального назначения с учётом рекомендации ГОСТ 26645-85. Наиболее низкая шероховатость поверхностей отливок может быть достигнута при высокой культуре производства и принятии специальных технологических мер, снижающих шероховатость поверхности.

Шероховатость поверхности отливок полученных литьем в песчаные формы, снижается при подборе составов формовочных и стержневых смесей и способе их уплотнения, а так же при нанесении красок на рабочие поверхности формы.

Хорошие результаты по снижению шероховатости дает металлизация поверхностей форм и стержней. Металлическое покрытие наносят разными способами: электрометаллизацией, распылением порошка ацетиленовоздушным пламенем, плазменным напылением и др.

При ЛПД шероховатость поверхностей снижается при повышении качества рабочих поверхностей пресс-форм, использования необходимых смазочных материалов, а так же рафинированием сплавов от оксидов и газов, подборе соответствующей температуры заливки расплава и вакуумирования пресс-форм.

Снижение шероховатости поверхности отливок при литье в кокиль может быть достигнута благодаря снижению шероховатости рабочих поверхности кокилей и возможности регулирования температуры заливки.

Специальные требования к отливкам. Кроме общих технических требования, к отливкам часто предъявляется целый ряд специальных требования, определяемых функциональным назначением и условиями рабочих литых деталей в машинах, оборудовании или приборах.

Некоторые из специальных требований:

- герметичность;

- коррозионная стойкость в различных жидких или газообразных агрессивных средах, часто при повышенных до 70-300^оС температурах;

- износостойкость в узлах трения, качения или скольжения с твердыми или жидкими смазочными материалами или без них;

- термостойкость, если рабочий процесс узла проходит при повышенных температурах или в узле неизбежно повышается температура;

- стабильность размеров при знакопеременных нагрузках или при повышенных температурах, вызывающих корабление деталей;

- декоративность – возможность нанесения гальванических, химических, диффузионных или других видов покрытий при работе отливки в агрессивных средах, при повышенных температурах, а так же для улучшения её товарного вида.

Специальные требования к отливкам оговариваются в технических условиях или непосредственно в чертеже литой детали. Эти требования обеспечиваются прежде всего выбором литейного сплава, в максимальной степени отвечающего функциональному назначению отливки; рациональностью технологических процессов изготовления и термической обработки отливок.

В процессе изготовления литой детали или после его завершения предусматривается проведение различных испытаний, гарантирующих соблюдение заданных чертежом или техническими условиями специальных технических требований.

2. Назначение и этапы конструирования чертежа отливки.

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;

- максимальное использование имеющего оборудования и оснастки.

Проектирование технологического процесса изготовления отливки включает разработки 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 копии учтенных чертежей детали (3 экз.). При серийном и массовом производстве на основании анализа технических 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 3. 1125-88.

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, сведениями о мощности подъемно-транспортных средств, наличии необходимого технологического оборудования, опок, материалов и др. затем анализирую ТУ на деталь. На чертеже детали указываются ТУ со ссылками на стандарты, особые условия оговариваются специальными указаниями.

При анализе заказа принимают во внимание назначение отливки, размер серии, группу сложности.

Анализ технологичности конструкции литой детали и выбор способа изготовления отливки.

Общие требования технологичности при проектировании литых деталей.

Технологичность конструкции заготовки – совокупность свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при изготовлении заготовки, а так же обеспечения технологичности изготовляемой из нее детали.

Таким образом, технологичной моно считать такую конструкцию литой детали, которая в максимальной степени отвечает требованиям, как литейной технологии, так и технологии механической обработки. Для создания технологичной конструкции литой детали конструктору и технологу-литейщику необходимо учитывать много факторов, влияющих на технологичность. К таким факторам относятся:

- технологичность применяемого сплава (физико-химические, литейные, технологические, свариваемость, обрабатываемость резанием) и специальные свойства;

- фактор, характеризующий выбранный метод литья, - точность размеров, шероховатость поверхности, припуск на обработки резанием, гарантированные показатели плотности, структуры и механических свойств отливок, ограничение массы, размеров и сложности конфигурации отливки, наличие специфических дефектов и допустимость исправления их заваркой и другими методами, возможности завода-изготовителя;

- факторы технологичности обработки резанием – геометрическая форма отливки, расположение отверстий, приливов, баз для механической обработки, возможности предварительной обработки перед заваркой дефектов, возможность стабилизирующей ТО, наличие термической и химико-термической операций, применяемые защитные покрытия, специальные методы испытаний и контроль размеров в процессе обработки детали.

Учет этих факторов на стадии проектирования литой детали позволяет максимально приблизить отливку по размерам и конфигурации к окончательно обработанной детали и обеспечит наименьшие затраты на её изготовление в литейном и механическом цехах.

Для оценки технологичности созданной конструкции литой заготовки используют коэффициент использования металла (КИМ), коэффициент необрабатываемой поверхности (КНМ) и другие показатели, как точность геометрических форм, удельная трудоемкость и обрабатываемость резанием.

КИМ= ; КНП=

где Мд – масса готовой детали, кг

Мз – масса заготовки, кг

Sн.р.п. – площадь необработанной резанием поверхности, мм²

ΣSд – суммарная площадь детали, мм²

Одной из главных оценок технологичности конструкции является её экономичность, определяемая трудоемкостью её изготовления и себестоимостью. Технологичные отливки получают с минимальными затратами (включая затраты литейного и механического цехов) на всех этапах производства и с минимальными потерями от брака. При проектировании литой детали необходимо максимально уменьшить её массу. На массу отливки влияет ряд конструкторских и технологических факторов. К конструкторским факторам относятся:

- использование унифицированных деталей и узлов;

- применение сплавов с повышенными механическими свойствами;

К технологическим факторам относятся:

- улучшение технологичности конструкции литой детали;

- повышение точности изготовления отливки;

- понижение шероховатости их поверхностей;

- снижение припусков на механическую обработку;

- уменьшение толщины стенок отливки;

- улучшение заполняемости форм;

- применение более прочных сплавов.