2.1 Коэффициент точности обработки
2.2 Коэффициент шероховатости поверхностей
2.3 Коэффициент унификации конструктивных элементов
5.1 Конструирование заготовки — отливки
5.2 Определение массы отливки
6.1 Конструирование заготовки — отливки
6.2 Определение массы отливки
7.1 Определение коэффициента использования материала (КИМ)
7.2 Определение технологической себестоимости заготовок
В настоящее время в машиностроении одним из основных методов формообразования является литейное производство.
Литейное производство (ЛП) — отрасль машиностроения, изготовляющая заготовки или детали (отливки) и это технологический процесс изготовления фасонных деталей или заготовок заливкой расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки или детали. При охлаждении после затвердевания залитый металл сохраняет конфигурацию полости формы. Отливки могут быть деталями или заготовками, которые в дальнейшем подвергаются обработке.
Литейное производство позволяет получать разнообразные по конфигурации и свойствам фасонные отливки из чугуна, стали и из сплавов цветных металлов. Высокие механические и эксплуатационные свойства отливок обуславливают их широкое применение в различных отраслях промышленности. Литьем изготовляют отливки, как простой, так и сложной формы, которые нельзя получить другими технологическими методами. Например, корпусные детали приборов и машин чаще всего изготовляют литьем. Важной задачей литейного производства является получение отливок, по форме и размерам приближающихся к готовой детали, что существенно сокращает обработку резанием.
Получение заготовок начинают с разработки технологии, решив вопрос о возможности выполнения заказа, с учетом таких характеристик как масса, габаритные размеры и серийность отливки, а также — материал литой заготовки и возможность обеспечения требуемой точности от назначения литой детали. Заготовка каждого вида может быть изготовлена одним или несколькими способами, родственными базовому. Так, например, отливка может быть получена литьем в песчаные или оболочковые формы, в кокиль и т.д.
Заготовку перед первой технологической операцией процесса изготовления детали называют исходной. Для получения детали из заготовки ее подвергают механической обработке, в результате которой удалением слоя материала с отдельных (или всех) её поверхностей получают заданные конструктором на чертеже геометрическую форму, размер и свойства поверхностей детали. Удаляемый слой материала называется припуском. Он необходим для надежного обеспечения геометрических характеристик и шероховатости рабочих поверхностей детали. Величина припуска зависит от глубины дефектов поверхности и определяется видом и способом получения заготовки, её массой и габаритами.
Технологические процессы изготовления деталей машин
... технологических процессов изготовления деталей машин учитывалось основное направление в современной технологии машиностроения. 1. Приближение заготовок по форме, размерам и качеству поверхностей к готовым деталям, ... поверхности и среднюю шероховатость обработки поверхности. Определение коэффициента точности по формуле: где Тср - средняя точность обработки детали ... получение отливок деталей с ...
Кроме припусков при механической обработке удаляются напуски, которые составляют часть объема заготовки, добавляемую иногда для упрощения технологического процесса ее получения.
Заготовки простой конфигурации (с напусками) дешевле, так как не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки. Однако такие заготовки требуют последующей трудоемкой обработки и повышенного расхода материала.
Очевидно, что для каждого конкретного метода изготовления заготовки существует оптимальная точность и оптимальный объем выпуска. Поступающие на обработку заготовки должны соответствовать утверждённым техническим требованиям. Поэтому их подвергают техническому контролю по соответствующей инструкции, устанавливающей метод контроля, периодичность, количество проверяемых заготовок в процентах к выпуску и т.д. Обычно проверяют химический состав, механические свойства материала, структуру, наличие внутренних дефектов, размеры, массу заготовки.
У заготовок сложной конфигурации с отверстиями и внутренними полостями (типа корпусных деталей) в заготовительном цехе проверяют размеры и расположение поверхностей. Для этого заготовку устанавливают на станке, используя ее технологические базы, имитируя схему установки, принятую для первой операции обработки. Отклонения размеров и формы поверхностей должны соответствовать требованиям чертежа заготовки. Заготовки должны быть выполнены из материала, указанного на чертеже, обладать соответствующими ему механическими свойствами, не должны иметь внутренних дефектов (для отливок — рыхлоты, раковины, посторонние включения; для поковок — пористость и расслоения, трещины по шлаковым включениям, «шиферный» излом, крупнозернистость, шлаковые включения; для сварных конструкций — непровар, пористость металла шва, шлаковые включения).
Дефекты, влияющие на прочность и внешний вид заготовки, подлежат исправлению. В технических условиях должны быть указаны вид дефекта, его количественная характеристика и способы исправления (вырубка, заварка, пропитка различными химическими составами, правка).
Поверхности отливок должны быть чистыми и не должны иметь пригаров, спаев, ужимин, плен, намывов и механических повреждений. Заготовка должна быть очищена или обрублена, места подвода литниковой системы, заливы, заусенцы и другие дефекты должны быть зачищены, удалена окалина. Особенно тщательно должны быть очищены полости отливок.
Необрабатываемые наружные поверхности заготовок при проверке по линейке не должны иметь отклонений от прямолинейности более, заданных.
Заготовки, у которых отклонение от прямолинейности оси (кривизна) влияет на качество и точность работы машины, подлежат обязательному естественному или искусственному старению согласно технологическому процессу, обеспечивающему снятие внутренних напряжений, и правке.
Отмеченные на чертеже заготовки базы для механической обработки должны служить исходными базами при изготовлении и проверке технологической оснастки (моделей и приспособлений), должны быть чистыми и гладкими, без заусенцев, остатков литников, прибылей, выпоров, литейных и штамповочных уклонов.
1. Описание объекта производства
В данной курсовой работе рассматривается деталь типа шарнир-крестовина.
Шарнир-крестовина используется для поворота механизма в двух плоскостях, обеспечивает передачу крутящего момента и вращение двух валов под переменным углом благодаря подвижному соединению звеньев (жесткий кардан) или упругим свойствам специальных элементов (упругий кардан).
Шарниры испытывают колоссальную знакопеременную нагрузку и в тоже время обеспечивают плавность работы всего узла. Следовательно, производство компонентов входящих в узел, а именно, шарнир-крестовина требует самой совершенной технологии изготовления.
Данная деталь выполняет вращательное движение по внутренним цилиндрическим поверхностям (6), (22).
Цилиндрические подшипниковые шейки — (2), (10), (16) используются для установки в подшипниках качения, их можно изготовить на токарном станке. На внешней цилиндрической поверхности (13) нарезана резьба М28, эта поверхность служит для соединения рассматриваемой детали с парной деталью. Эту поверхность необходимо выполнять с максимальной точностью, так как все резьбы стандартизированные.
Поверхности (3), (8), (9), образуют разгрузочные канавки для снятия концентраторов напряжения, а поверхности (11), (12), (14), (15) образуют канавки для стопорных колец подшипников качения. Фаски (7), (17), (23), (24) служат для безопасного использования детали и для снятия остаточных напряжений.
На детали имеется две одинаковых рабочих поверхности (20) и поверхности (26), (27), определяющие положение шарнира-крестовины, они являются базовыми опорными поверхностями. Так же на детали присутствует поверхности (1), (4), (5),(18), (19), (21), (25), (28) не участвующие в работе механизма, поэтому нет необходимости в их точном выполнении (Rz20).
Рисунок 1 — Поверхности проектируемой детали
Данную деталь изготавливаем из стали 45.
Таблица 1.1 — Химический состав Стали 45 ( ГОСТ 1050-74)
|
C |
Si |
Mn |
S |
P |
Ni |
Cr |
|
|
Не более |
|||||||
|
0,45 |
0,17…0,37 |
0,5…0,8 |
0,04 |
0,035 |
0,25 |
0,25 |
|
Таблица 1.2 — Механические свойства Стали 45
|
уm, МПа |
уb, МПа |
Д, % |
ш,% |
бН, |
НВ (не более) |
||
|
Горячекатаной |
Отожженной |
||||||
|
355 |
640 |
16 |
40 |
450 |
170-179 |
217 |
|
На готовую деталь наносят химическое окисное покрытие с последующим нанесением масла. Свойства и технология нанесение этого покрытия закреплены ГОСТ 9306-85. Оно обеспечивает защиту от коррозии, но не имеет стойкости к истиранию.
Вид термообработки: закалка, производится для увеличения прочности и твердости поверхности. Максимальная температура нагрева: Тmax=900-100°C. Общая продолжительность обработки (включая нагрев и выдержку) t =3- 6 часов.
Анализ технологичности конструкции детали производим по чертежу и техническим условиям с учётом заданного типа производства. Данный анализ производится, для того чтобы достичь, максимальную производительность при минимальных затратах.
При качественной оценке технологичности конструкции анализируем жесткость детали, геометрическую сложность её элементарных поверхностей, условия производительной обработки, установки и закрепления, а также материал и другие параметры, влияющие на себестоимость изготовления. Количественную оценку производительности производим по следующим показателям.
2.1 Коэффициент точности обработки
К т.ч. = ,
где Тср — средний квалитет точности обработки.
Тср
где Тi =5,6….17 — квалитет;
- ni — число размеров, соответствующего квалитета точности.
Таблица 2.1 — Квалитеты точности обработки поверхностей детали
|
Ti |
ni |
Ti ni |
|
|
6 |
9 |
54 |
|
|
9 |
11 |
99 |
|
|
14 |
8 |
112 |
|
|
28 |
265 |
||
Тср
К т.ч. =
Значение Kт.ч.>1.
2.2 Коэффициент шероховатости поверхностей
Кш = ,
где щср — средняя шероховатость поверхностей.
щср ,
где Rai — значение параметра шероховатости элементарной поверхности;
- ni- число поверхностей соответствующего класса шероховатости.
Таблица 2.2 — Шероховатости поверхностей детали
|
Rаi |
ni |
Rаi ni |
|
|
1.25 |
9 |
11,25 |
|
|
2.5 |
11 |
27,5 |
|
|
20 |
8 |
160 |
|
|
28 |
198,75 |
||
щср .
Кш = .
Значение Kш > 1.
2.3 Коэффициент унификации конструктивных элементов
Kу.э. =,
где Nу.э. — число унифицированных элементов детали;
- Nэ. — общее число конструктивных элементов детали.
K у.э .> 0,6, следовательно, деталь технологична по данному параметру.
Вывод: Анализ количественных и качественных показателей технологичности, позволяет считать конструкцию данной детали — технологичной. Нам удалось достичь максимальную производительность при минимальных затратах (Kт.ч.=0,9 >1; Kш=0,86 > 1).
С помощью программного обеспечения «Компас 3D» моделируем нашу деталь и, зная, что плотность материала (сталь 45) с = 7,8 г/см3, определяем массу детали, m = 1,9 кг.
Из таблицы 3.1 видно, что деталь с массой 1,9 кг и годовой программой выпуска 2000 штук, относится к среднесерийному типу производства.
Для серийного производства характерной особенностью является изготовления деталей партиями. Понятие «Партия» относится к количеству одноименно обрабатываемых с одной наладки оборудования. От вершины партии зависят технико-экономические показатели производства.
Размер операционной партии для одновременного запуска (в штуках) определяется по формуле:
где N — количество деталей в годовой производственной программе,
N =2000 шт;
- a — периодичность запуска партии деталей, в днях (обычно a =5, 10, 20), принимаем величину a =5 дней;
- Ф -действенный годовой фонд рабочего времени за год, Ф=240 дней.
Таблица 3.1 — Тип производства
|
Масса детали, кг |
Тип производства |
|||||
|
Единичное, N шт. |
Мелко-серийное, N шт. |
Средне- серийное, N шт. |
Крупносерийное, N шт. |
Массовое, N шт. |
||
|
<1,0 |
<10 |
10-2000 |
1500-100000 |
75000-200000 |
>200000 |
|
|
1,0-2,5 |
<10 |
10-1000 |
1000-50000 |
50000-100000 |
>100000 |
|
|
2,5-5,0 |
<10 |
10-500 |
500-35000 |
35000-75000 |
>75000 |
|
|
5,0-10 |
<10 |
10-300 |
300-25000 |
25000-50000 |
>50000 |
|
|
>10 |
<10 |
10-200 |
200-10000 |
10000-25000 |
>25000 |
|
При выборе заготовки для заданной детали назначаем методы её получения, определяем конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку и формируем технические условия на изготовление. Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при её минимальной себестоимости.
В данной курсовой работе, необходимо выбрать и рассмотреть два оптимальных метода получения заготовок, для проектируемой детали и выбрать наиболее эффективный из них.
Для детали — шарнир-крестовина более всего подходят следующие два метода: литье в песчано-глинистые формы и литье под давлением (высоким).
Литьём в разовые песчаные формы получают до 80 % (по массе) отливок. Достоинствами литья в песчаные формы являются его экономичность и универсальность: применяется при любом типе производства, для отливок любых размеров и массы, практически для любых литейных сплавов. К основным недостаткам рассматриваемого способа относятся относительно невысокая размерная точность и повышенная шероховатость поверхности отливок, что вызывает необходимость последующей механической обработки резанием.
При выборе вида песчаной литейной формы учитывают массу, размеры и материал отливки, тип производства, технические требования к изделию, а также конкретные возможности литейного цеха — парк формовочных и стержневых машин, плавильных агрегатов, подъёмно-транспортного оборудования и др.
В зависимости от способа формовки, влажности, прочности песчано-глинистой формовочной смеси и твёрдости песчаной формы, а также вида литейного сплава различают вакуумно-плёночные, сухие, подсушенные и сырые песчаные формы.
Исходными материалами для приготовления формовочных и стержневых смесей являются кварцевый песок, глина и различные добавки (связывающие свойства).
Предварительно песок (основная составляющая) подвергают сушке и просеиванию для удаления посторонних примесей, а глину сушат, размалывают и просеивают.
В качестве связующих добавок применяют жидкое стекло, цемент и т.д., которые держат форму, не дают ей рассыпаться. После подготовки всех компонентов их смешивают в необходимых пропорциях, увлажняют, разрыхляют и подают к месту формовки.
На практике, особенно в серийном и массовом производстве, широко используют отработанную формовочную смесь с добавлением к ней свежей смеси. Предварительно ее регенерируют: после выбивки отливок из опок спекшиеся комки смеси размельчают, пропускают через магнитный сепаратор (с целью отделения металлических составляющих), просеивают. Формовочные и стержневые смеси должны обладать:
а) достаточной прочностью,
б) огнеупорностью,
в) высокой газопроницаемостью,
г) пластичностью и податливостью.
д) текучестью.
е) долговечностью (т.е. экономичностью).
В процессе формовки применяют и вспомогательные материалы: противопригарные, разделительные, которые снижают прилипаемость смеси к стенкам ящика или модели.
Выбор положения отливки в форме при заливке зависит от требований, предъявляемых к плотности и шероховатости отдельных элементов отливки.
Чтобы обеспечить направленную кристаллизацию металла, наиболее массивные части отливки располагают вверху, ответственные поверхности — внизу или вертикально.
Выбранное положение отливки в форме должно обеспечить удобство изготовления и сборки формы. Выбор места разъема модели и формы зависит от размеров литой детали, её конфигурации и характера производства. Расположение разъема должно обеспечить беспрепятственное удаление модели из формы, исключить отъемные части модели и по возможности — стержни. Необходимо стремиться к созданию одной плоскости разъема, используя правило световых теней, согласно которому теневые участки при воображаемом освещении детали параллельными лучами в направлении, перпендикулярном к плоскости разъема формы или стержневого ящика, должны отсутствовать.
Литейная форма чаще всего состоит из двух полуформ (рисунок 2).
Рисунок 2 — Песчаная разовая форма в сборе
На рисунке 2: 1 — штыри; 2, 13 — металлические рамки (опоки); 3 — литниковая чаша; 4 — рабочая полость формы; 5 — вентиляционные каналы; 6, 12 — стержневые знаки; 7 — стержень; 8 — верхняя и 11 — нижняя полуформы; 9 — выступы на модели для стержневых знаков; 10 — модель.
Полуформы верхняя 8 и нижняя 11 изготовлены из песчано-глинистой смеси в металлических рамках 2 и 13 (опоках).
В нижней полуформе с помощью модели 10 образована рабочая полость 4 для получения отливки. Отверстие в отливке образует песчаный стержень 7, который прочно скреплен с формой с помощью стержневых знаков 6 и 12. Выступы 9 на модели предназначены для получения отпечатков стержневых знаков в форме. Полуформы перед заливкой скрепляют штырями 1 или на верхнюю полуформу устанавливают груз. Для удаления газов, выделяющихся из песчано-глинистой смеси и расплава, при заливке в форме и стержне выполняют вентиляционные каналы 5. Расплав в рабочую полость формы заливают через литниковую систему — совокупность каналов, предназначенных для подвода расплава в полость формы и питания отливки при затвердевании.
Для образования рабочей полости литейной формы используют оснастку, включающую модельный комплект. Модельный комплект — приспособления, включающие литейную модель, стержневые ящики (один или несколько), модельные плиты, модели литниковой системы. Оснастка содержит сушильные плиты, опоки и щитки.
Модель — формообразующее приспособление, которым получают отпечаток, соответствующий внешней конфигурации отливок. Их изготавливают из дерева, пластмасс или металла.
Стержневой ящик — приспособление, в котором изготавливают стержни из смеси песка и глины.
Сушильные плиты для стержней — приспособления, на котором сушат стержни для сохранения их формы.
Опоки — жесткие рамки, в которых формируют смесь, их, как правило, 2 и при сборке они образуют единую форму.
Для достижения точности размеров отливки и предотвращения возможности смещения одной половины формы по отношению к другой целесообразнее формовка по цельной неразъемной модели. При этом по возможности всю отливку или большую её часть следует располагать в одной (желательно в нижней) части формы. Плоскость разъема не должна пересекать ответственные обрабатываемые или базовые поверхности.
При выборе плоскости разъема необходимо обеспечить правильное питание отливки жидким металлом. Так, при изготовлении массивных, толстостенных деталей из литейных сплавов с большой величиной усадки (сталь, ковкий чугун) целесообразен подвод металла сверху, а для тонкостенных отливок cложной конфигурации, особенно из легких сплавов — подвод металла снизу.
5.1 Конструирование заготовки — отливки
Отверстия (6), (22) и цилиндрические поверхности (3), (9), (11), (12), (13), (14), (15), (16) выполним механической обработкой.
Отливаем заготовку методом литья в песчано-глинистые формы с разъемной деревянной моделью и подсушенной формовочной смесью с влажностью от 3.5 до 4.5% и прочностью от 60 до120 кПа (от 0.6 до 1.2 кг/см3).
В нашем случае будет использована единая смесь с содержанием 10% свежих компонентов, включающих глину и песок (9%) и каменный уголь (1%) и 90% компонентов, использованных ранее. Будем использовать облицовочную смесь, содержащую 35% свежих компонентов, которые содержат 5% каменного угля и 30% глины и песка и 65% компонентов, использованных ранее.
Нормальные размеры опок представляют габаритами моделей, расположением литниковой системы и необходимыми расстояния между ними и стенками опок, а также между моделями и верхними и нижними кромками опок. Эти расстояния надо делать возможно меньше; однако они должны быть достаточными, чтобы обеспечить сопротивление формы продавливанию или прорыву ее металлом в полости разъема. Площадь опок должна быть максимально использована моделями.
Допустимые расстояния между моделью и элементами формы:
- расстояние от верха модели до верха опоки -50 мм;
- от низа модели до низа опоки — 50 мм;
- от модели до стенок опоки — 40 мм;
- от кромки стояка до стенки — 40 мм;
- между кромками моделей — 40 мм;
- от кромки шлакоуловителя до кромки модели — 30 мм.
Схема литья представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 — Схема литья в песчано-глинистую форму
Как известно, припуск на обработку — толщина слоя металла, удаляемая с поверхности отливки при её обработке в целях обеспечения заданных размеров, формы, расположения, волнистости и шероховатости поверхности детали. Общий припуск — суммарный припуск на все переходы обработки, соответствующий серединам полей допусков детали и отливки.
На поверхности вращения и противоположные поверхности, используемые в качестве взаимных баз при их обработке, общие припуски назначают по половинным значениям общих допусков отливки на соответствующие диаметры или на расстояния между противоположными поверхностями отливки.
По ГОСТ 26645-85 назначаем припуски на механическую обработку на поверхности, где указана шероховатость. Поверхности (2), (10) — припуск 4 мм, 2 поверхности (20) — припуск 3,2 мм, поверхность (26) — припуск 4,3.
Литейные уклоны служат для лучшего съема полуформ. По ГОСТ 3212-92 уклоны для нашей детали составляют 1? 30′ и 1? 05′.
Радиус галтели равен от 1/5 до 1/3 средней арифметической толщины стенок, сопрягаемых друг с другом под углом. Выбираем стандартный размер из ряда 1, 2, 3, 5, 8, 10, 15, 20, 25, 30 и 40 мм. Принимаем радиусы 2, 3 и 5 мм.
Для данной отливки допуски линейных размеров равны 2,4 мм в соответствии с ГОСТ Р 53464-2009. Номинальной массой отливки является масса детали с учетом припуска на механическую обработку. Отклонение массы зависит от ее номинального значения, способа литья и точности изготовления детали. Допуски массы отливок равны 4 % в соответствии с ГОСТ Р 53464-2009.
В условиях серийного производства можно использовать как ручную, так и машинную формовку. Для изготовления данной отливки применим машинную формовку. Машинная формовка позволяет механизировать две основные операции формовки (уплотнение смеси, удаление модели из формы) и некоторые вспомогательные (устройство литниковых каналов и т.д.).
При механизации процесса формовки улучшается качество уплотнения, возрастает точность размеров отливки, резко повышается производительность труда, облегчается труд рабочего и улучшается санитарно-гигиенические условия в цехе, уменьшатся брак.
В качестве формовочной машины применим машину импульсного типа. В такой машине уплотнение смеси происходит за счет удара воздушной (газовой) волны. Сжатый воздух под давлением (0,5???10)·106 Па с большой скоростью поступает в полость формы. Под действием удара воздушной волны формовочная смесь уплотняется в течение 0,02…0,05 с. Оставшийся воздух удаляется через венты. Верхние слои формовочной смеси уплотняют допрессовкой. деталь заготовка глинистый отливка
При выборе формовочной машины необходимо учитывать следующие факторы:
1. формовочная машина должна быть полностью загружена;
2. формовочная машина должна иметь максимальную
производительность.
Этим требованиям удовлетворяет формовочная машина импульсная низкого давления с допрессовкой и рамочным съемом полуформ модель 2Н380 (рисунок 4).
Технические характеристики представлены в таблице 5.1.
Рисунок 4 — Формовочная машина импульсная модель 2Н380
Таблица 5.1 — Технические характеристики формовочной установки 2Н380
|
Технические характеристики |
||||
|
Модель |
Давление сжатого воздуха, Мпа |
Удельное давление допрессовки, кг/см кв. |
Установленная мощность, кВт |
|
|
2Н380 |
0,63 |
до 12 |
5,5 |
|
Для машинной формовки модели монтируют на специальных плитах, которые называют модельными плитами. Для серийного производства данной отливки используем металлическую плиту и деревянную модель. Материал плиты — СЧ15, материал модели — сосна. Класс точности МК6 — дерево ГОСТ 3212-92. Для фиксирования опоки на плите используем два штыря: центрирующий, который предохраняет опоку от смещений в горизонтальном направлении, и направляющий, предохраняющий опоку от смещений относительно поперечной оси плиты.
На модельную плиту устанавливают левую часть модели, модели питателей и опоку, в которую засыпают формовочную смесь. Опоку поворачивают на 180 градусов, устанавливают правую половину модели, модели шлакоуловителя, стояка и выпоров. По центрирующим штырям устанавливают верхнюю часть опоки, в которую засыпают и уплотняют формовочную смесь. Из полуформ извлекают составные части модели отливки, модели питателей и шлакоуловителей. К месту заливки жидкий металл доставляют ковшами. После заливки расплавленного металла, его кристаллизации (25-30 секунд), и охлаждения (10 секунд) литейную форму разрушают и извлекают отливки. Из выбитых отливок удаляются литники, прибыли, заусенцы очищаются поверхности от пригоревшей формовочной смеси.
При использовании обычных песчано-глинистых смесей поверхностная твердость формы достигает 89-94 единиц. Максимальное уплотнение смеси соответствует разъему полуформы. Улучшение технологических параметров литейной формы повышает геометрическую точность отливок, снижает брак, улучшает санитарно-гигиенические условия труда за счет полного устранения вибрации и шума.
5.2 Определение массы отливки
С помощью программного обеспечения «Компас 3D» моделируем нашу отливку и, зная, что плотность материала (сталь 45) с = 7,8 г/см3, определяем массу заготовки, m = 2,63 кг. Отливка представлена на рисунке 4.
Рисунок 5 — Отливка, полученная методом литья в ПГФ
Литье под давлением является процессом получения отливок в металлических формах (пресс-формах) при котором заливка расплавленного металла в форму и формирование отливки осуществляются под давлением в условиях интенсивного отвода теплоты от залитого металла и от затвердевающей отливки к массивной металлической пресс-форме. Литье под давлением подразделено на два класса — литье под высоким (от 50 до 200 МПа) и под низким давлением. Последнее литье конкретизируют в названии.
Литье под давлением (высоким) — это такой способ получения отливок в металлических формах, при котором жидкий металл через каналы, соединяющие рабочую полость пресс-формы с камерой прессования машины, поступает из последней в рабочую полость. Она по своим очертаниям соответствуют отливке. Разъем полуформ осуществляться в вертикальной или горизонтальной плоскостях, а для сложных отливок и в обеих плоскостях. Первый разъем предпочтительнее, так как заготовка выпадает из пресс-формы при ее раскрытии под действием силы тяжести.
Литьем под давлением изготовляют корпуса приборов, детали для силовых механизмов, детали двигателей легковых автомобилей и др.
6.1 Конструирование заготовки — отливки
Отливаем заготовку методом литья под давлением с горизонтальной заливкой металла. Отверстия (6), (22) и цилиндрические поверхности (3), (9), (11), (12), (13), (14), (15), (16) выполним механической обработкой. Схема литья представлена на рисунке 5.
Рисунок 6 — Схема литья под давлением на машинах с холодной вертикальной камерой прессования
На рисунке 6: 1 — неподвижная матрица формы; 2 — выталкиватель; 3 — полость формы (отливка); 4 — подвижная матрица формы; 5 — отверстие для заливки жидкого металла.
Допуски линейных размеров являются суммарными, и ограничивают погрешности, возникшие на разных стадиях изготовления отливки по всем, указанным параметрам. Для данной отливки допуски линейных размеров равны 2,0 мм в соответствии с ГОСТ Р 53464-2009. Допуски массы отливок равны 2 % в соответствии с ГОСТ Р 53464-2009.
По ГОСТ 3212-92 линейные уклоны для нашей заготовки составляют 55′ и 1?20′. Литейные радиусы назначают для предотвращения возникновения в отливках усадочных трещин, для сопряжения поверхностей. Литейные радиусы повышают стойкость оформляющих деталей пресс — формы. Их применяют не менее 0,5 мм, принимаем 1 мм.
По ГОСТ Р 53464-2009 назначаем припуск на длину детали — 2,2 мм, на высоту — 1,8 мм, на диаметр — 1,3 мм.
Подготовка пресс-формы: произвести нагрев формы электронагревом до температуры 500 ОС. Смазать детали камеры прессования (наполнительный стакан, поршень).
Смазка наносится манипулятором ЛМС 100.
Заливка производится при температуре 1400-1500 ОС с помощью дозатора манипулятора А9740. По команде оператора поступающей с машины, рычаг поворачивает ковш к заливочному окну и выливает металл в камеру прессования. В этом положение ковш выдерживается в течение времени необходимого для слива остатков металла, после чего подается команда на прессование и обратный ход ковша и рычага к раздаточной печи САТ-0,25. Ковш опускается в металл на глубину ниже уровня металла в печи. Измерительный преобразователь уровня определяет глубину погружения ковша в металл независимо от измерения уровня металла в печи по мере ее опорожнения. По команде оператора ковш поднимается с печи. При этом излишки металла сливаются обратно в печь, ковш останавливается над печью до поступление команды на следующий цикл перемещения.
Включение машины для литья под давлением 711А10 (рисунок 6) производится нажатие двух кнопок. Происходит запуск гидропневматического аккумулятора, который приводит в движение пресс-поршень, металл через литниковые каналы заполняет рабочую полость формы. Отливки охлаждаются в пресс-форме 10 секунд.
Манипулятор-съемник ЛМ10Ц83.01 захватывает готовые отливки, сопровождает ее при выталкивание, и выносит из рабочей зоны и укладывает в штамп обрезного пресса.
Рисунок 7 — Машина для литья под давлением 711А10
Производим обрезку на прессе. В нижней неподвижной плите предусмотрено окно для удаление литников. Отливки из верхней подвижной части удаляются гидровыталкивателями. Для улавливания выталкиваемой отливки из пресса и сбрасывания ее в тару, прессы имеют подвижные лотки.
Зачистка деталей производится на обдирочно-шлифовальном стационарном станке М3-48. Зачистка производится от остатков литниковой системы.
Техническая характеристика машины для литья под давлением 711А10
Усилие запирания пресс-формы — 6300 кН.
Расстояние между колоннами по горизонтали и вертикали (в свету) — 750 мм.
Толщина пресс-формы:
- наибольшая — 850 мм;
- наименьшая — 380 мм.
Ход подвижной плиты-формодержателя — 630 мм.
Усилие прессования наибольшее — 670 кН.
Смещение второй позиции вниз от оси машины — 220 мм.
Наибольшая скорость холостого хода пресс-поршня — 6 м/с.
Расстояние выхода пресс-поршня за плоскость плиты — 170 мм.
6.2 Определение массы отливки
С помощью программного обеспечения «Компас 3D» моделируем нашу отливку и, зная, что плотность материала (сталь 45) с = 7,8 г/см3, определяем массу заготовки, m = 2,55 кг. Отливка представлена на рисунке 7.
Рисунок 8 — Отливка, полученная методом литья под давлением
Для того чтобы выбрать оптимальный метод получения заготовок, производим расчёт, коэффициента использования материала и технологической себестоимости заготовок для сравниваемых вариантов. Также производим расчёт экономического эффекта (ЭЭ) для сопоставления двух выбранных способов получения заготовок (без учёта затрат на механическую обработку).
7.1 Определение коэффициента использования материала (КИМ)
Коэффициент использования материала (КИМ) при литье в песчано-глинистой форме:
- где g — масса готовой детали, g= 1,9 кг;
- G1 -масса отливки, G1=2,63 кг.
Коэффициент использования материала (КИМ) при литье под давлением:
- где g — масса готовой детали, g = 1,9 кг;
- G2 -масса отливки, G2=2,55 кг.
7.2 Определение технологической себестоимости заготовок
Технологическая себестоимость заготовки при литье в песчано-глинистой форме:
- где Сi — базовая стоимость одной тоны заготовок, Сi =35000 руб.;
- Сотх -цена 1т отходов (стали 45), Сотх = 6500 руб.;
- Кт — коэффициент, зависящий от класса заготовки, принимаем Кт = 1,1 ([6], стр.
33);
- Кс — коэффициент, зависящий от группы сложности, принимаем Кс = 1,0 ([6], таблица 2.8);
- Кв — коэффициент, зависящий от массы заготовки, принимаем Кв=1,0 ([6], таблица 2.8);
- Км — коэффициент, зависящий от марки материала заготовки Км=1,22 ([6], стр. 34);
- Кп — коэффициент, зависящий от объёма производства заготовок, принимаем Кп=1,0 ([6], таблица 2.8).
руб.
Технологическая себестоимость заготовки при литьепод давлением:
- где Сi — базовая стоимость одной тоны заготовок, Сi =40000 руб.;
- Сотх -цена 1т отходов (стали 45), Сотх = 6500 руб.;
- Кт — коэффициент, зависящий от класса заготовки, принимаем Кт = 1,0 ([6], стр.
36);
- Кс — коэффициент, зависящий от группы сложности, принимаем Кс = 1 ([6], таблица 2.9);
- Кв — коэффициент, зависящий от массы заготовки, принимаем Кв=0,9 ([6], таблица 2.9);
- Км — коэффициент, зависящий от марки материала заготовки Км=1,29 ([6], таблица 2.9);
- Кп — коэффициент, зависящий от объёма производства заготовок, принимаем Кп=1,2 ([6], таблица 2.9).
руб.
Определение экономического эффекта для сопоставляемых способов получения заготовок
где Sзаг1 и Sзаг2 — стоимости сопоставимых заготовок.
Вывод: Технико-экономический расчет показал, что наиболее экономически эффективным способом (без учета затрат на механическую обработку) является способ получения заготовки методом литья в ПГФ ().
В результате проделанной работы можно сделать вывод, что наиболее целесообразным методом получения заготовки для проектируемой детали, является литье под давлением, так как:
1) коэффициент использования материала у заготовки, получаемой методом литья под давлением (К=0,75) выше, чем у заготовки, получаемой литьем в песчано-глинистые формы (К=0,72);
2) хотя технологическая себестоимость литья в песчано-глинистые формы (Sзаг1=127 руб.) дешевле по сравнению со вторым методом литья (Sзаг2=135 руб.), но качество и точность поверхностей отливки при литье под давлением гораздо выше, что снижает трудоёмкость и экономические затраты на механическую обработку резанием, и тем самым в полном объеме компенсирует экономический эффект ().
1. Килов А.С., Попов А.В., Недыхалов В.А. Производство заготовок. Литьё: Серия учебных пособий. Книга 3 [Текст] // Проектирование и производство отливок (литых заготовок).
— Оренбург: ГОУОГУ, 2004. — 171с.
2. ГОСТ 26645-85 Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров,
массы и припуски на механическую обработку [Текст] // М.: Изд-во стандартов, 1989. — 54 с.
3. ГОСТ 3212-92 Комплекты модельные. Уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров [Текст] // М.: Изд-во стандартов, 1992. — 23 с.
4. Косилова А.Г. Справочник технолога-машиностроения т.1 [Текст] // Москва Машиностроение. — 1986г.
5. Косилова А.Г. Справочник технолога-машиностроения т.2 [Текст] // Москва Машиностроение. — 1986г.
6. Горбацевич А.Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения [Текст] // 4-е изд. Минск. — 1983 г.
