Краткие теоретические сведения
Технологический процесс изготовления отливок актуален для получения изделий в любых отраслях промышленности. При проектировании литейной технологии необходимо обеспечивать хоро-шие эксплуатационные качества литых деталей (рис. 2.1 и рис. 2.3, а), высокие технико-экономические показатели на всех этапах технологического процесса. При оценке технологического процесса нужно учитывать затраты на получение отливок в литейном цехе, снижая себестоимость механической обработки. При этом уменьшать припуски, упрощать процесс формовки, максимально использовать технологическое оборудование. При разработке технологического процесса изготовления литейной формы необходимо: выбрать способ формовки (ручная, машинная); определить положение отливки в форме при заливке; установить поверхности разъемов литейной формы и модели отливки; наметить конструкцию литниковой системы; разработать чертежи элементов литейной формы (рис. 2.1; рис. 2.3, в) или отливки (рис. 2.2), модели (рис. 2.5, а; рис. 2.7) и литейной формы (рис. 2.5, б; рис. 2.9). Чертеж детали (рис. 2.1; рис. 2.3, а) является основой для проектирования технологического процесса изготовления отливки. В мелкосерийном и единичном производстве на копию чертежа детали в соответствии с ГОСТ 3.1125–88 наносят технологические указания, необходимые для изготовления модельного комплекта, формы, стержня, и получают чертеж элементов литейной формы (рис. 2.2; рис. 2.3, в). На этом чертеже указывается поверхность разъема модели и формы, положение отливки при заливке, уклоны (табл. 2.1), припуски на обработку резанием (табл. 2.2), положение стержней, их знаки, размеры и другие технологические указания, необходимые для изготовления модельного комплекта, формы и стержней. В массовом и крупносерийном производстве разрабатывают специальный чертеж отливки (рис. 2.3, б), при этом на копию чертежа детали наносят необходимые указания.
Рис. 2.1.Чертеж детали (рычага)
Рис. 2.2. Чертеж «Элементы литейной формы»
Выбор варианта расположения отливки в литейной форме (рис. 2.5, б; рис. 2.9) – первоочередная задача разработки технологического процесса изготовления отливки. Поверхность, по которой при сборке литейной формы соединяются ее части, называется поверхностью разъема. Правильные разъемы формы и модели обеспечивают удобство изготовления формы, ее сборки и качество отливки. Разъем модели и формы показывают отрезком или штрихпунктирной линией, заканчивающейся знаком Х─ ─ Х, над которой указывают буквенное обозначение разъема – МФ на чертежах элементов литейной формы (рис. 2.2; рис. 2.3, в). Положение отливки в форме при заливке обозначают буквами В (верх) и Н (низ), которые проставляют у стрелок, показывающих направление разъема. Направление разъема обозначается сплошной основной линией, ограниченной стрелками и перпендикулярной линии разъема. При определении поверхности разъема формы следует руководствоваться следующими положениями: всю отливку, если позволяет ее конструкция, нужно располагать в нижней части формы, при этом исключается перекос отливки (рис. 2.5, б); поверхность разъема при заливке желательно иметь горизонтальной; поверхность разъема формы должна обеспечивать свободное извлечение модели из формы и удобную установку стержней; форма должна иметь минимальное число стержней по возможности простой конфигурации или не иметь их, а использовать песчаные болваны.
Припуск на обработку металла резанием зависит: от способа изготовления отливки; расположения отливки в форме; класса точности отливки; наибольшего габаритного размера, литой детали; материала отливки (табл. 2.2). Припуски на обработку резанием наносят на копии чертежа детали сплошными тонкими линиями у поверхностей, где указан знак обработки, при построении чертежа «Элементы литейной формы» (рис. 2.2, 2.3, в).
При построении чертежа отливки припуск на обработку резанием наносят на копию чертежа детали сплошной толстой линией и штрихуют в плоскости разреза (рис. 2.3, б). Для верхней части отливки дают припуски больше, чем для нижней и боковой, потому что в верхней части скапливаются шлаковые включения и появляются газовые раковины (табл. 2.2). При массовом производстве отливок с помощью стержней получаютотверстия диаметром более 20 мм, при серийном производстве – более 30 мм, а при единичном – более 50 мм.
Рис. 2.4. Формовочные уклоны
По форме отливка отличается от детали также наличием напусков, которые упрощают и облегчают процесс ее изготовления, к ним относятся литейные уклоны, галтели, приливы, отверстия и впадины, не выполняемые литьем. Наличие уклонов на моделяхявляется главной причиной значительных отклонений размеров отливок от номинальных. У отливки, полученной в песчано-глинистой форме, на обрабатываемых поверхностях сверх припуска на механическую обработку следует выполнять формовочные уклоны. Допускается выполнение уклонов за счет уменьшения припуска, но не более 30 % его значения. Формовочные уклоны следует выполнять на необрабатываемых поверхностях отливки, несопрягаемых по контуру с другими деталями за счет увеличения (рис. 2.4) или уменьшения размеров отливки. Формовочные уклоны выполняются на необрабатываемых поверх-ностях отливки, сопрягаемых по контуру с другими деталями за счет уменьшения или увеличения размеров отливки, в зависимости от поверхностей сопряжения. Значения формовочных уклонов в модельных комплектах для песчано-глинистых смесей указаны в табл. 2.1. Чем больше высота поверхности, тем абсолютная величина уклона меньше. На деревянных моделях уклоны делают больше, чем на металлических моделях при равных габаритных размерах. Отливка должна иметь по возможности равномерную толщину стенки, так как в местах утолщения стенок могут образовываться дефекты усадочного характера (пористость, усадочные раковины, трещины). Отливка не должна иметь острых углов и резких переходов от толстых стенок к тонким. Сопряжения стенок должны выполняться плавными переходами-галтелями. Если толщины стенок отличаются меньше чем вдвое, то при сопряжении рекомендуется применять галтели (радиусы внутренних углов) от 1/6 до 1/3 среднего арифметического толщин сопрягаемых стенок. Величина радиуса определяется по формуле r = (1/6 – 1/3)[(a + b)] / 2 (рис. 2.6, а). При различии толщин сопрягаемых стенок вдвое и более рекомендуется клиновое сопряжение (рис. 2.6, б). Длина этого сопряжения L для чугуна и цветных сплавов принимается равной L = 4(a – b), а для стали L = 5 (a – b). При угловых сопряжениях стенок разной толщины (рис. 2.6, в) галтель делается радиусом r, определенным по приведенной выше формуле. Внешний радиус закругления R равен толщине большой стенки. Технологические напуски 3 – отверстия, впадины и т. п., не выполняемые в отливке, зачеркивают тонкими линиями (рис. 2.3, б, в). Контуры стержней (рис. 2.2; рис. 2.3, б, в) со знаками, попадающими в разрез, обозначают сплошными тонкими линиями с короткой штриховкой по контуру. Номера стержней обозначают Ст1, Ст2 и т. д. Модель – это приспособление для получения в песчаной форме отпечатка, обычно соответствующего наружной конфигурации отливки со стержневым знаком. У отливок простой конфигурации модели могут быть без знаковых частей. На рис. 2.7 приведен чертеж деревянной модели для получения отливки рычага в форму, изготовленную вручную. Основным документом для разработки чертежа модели является чертеж «Элементы литейной формы» (рис. 2.2). Конструкция модели должна обеспечивать возможность уплотнения формовочной смеси и удаления модели из формы. Поэтому модель чаще всего делается разъемной, причем в ее нижней части имеются отверстия, а в верхней шипы 4, при помощи которых обе части модели фиксируются. Формовочные уклоны выполняются на плоскостях модели, перпендикулярных разъему формы, чтобы модель легко вынималась из формы, не повреждая ее (табл. 2.1). У стенок модели острые углы делают скругленными.
а б
в Рис. 2.5. Для изготовления литейной формы (б) в мелкосерийном производстве применяются модели (а) и крупносерийном модельные плиты (в)
Размеры модели отливки в массовом и крупносерийном производстве указываются на ее чертеже (рис. 2.5, а) с учетом литейной усадки сплава (табл. 2.3). В мелкосерийном и единичном производстве при разработке чертежа «Элементы литейной формы» указывается усадка сплава в процентах.
а б в г
Рис. 2.6. Примеры сопряжения стенок отливки Модели изготавливаются обычно из дерева или металла, реже – из пластмасс и других материалов. Поверхности деревянных моделей механически обрабатывают и окрашивают для увеличения срока службы. Знаки 3 и 5 на моделях могут быть окрашены в черный цвет (рис. 2.5, а; 2.7, а, б).
Рис. 2.7. Модель отливки рычага Модельные плиты (рис. 2.5, в) представляют собой металлические плиты, на которых монтируются модели отливок и элементы литниковой системы. На рис. 2.5, в показаны нижняя и верхняя модельные плиты для изготовления формы (рис. 2.5, б) стальной отливки (рис. 2.8, б). На нижней плите 2 кроме модели 1 установлена модель питателя 6. На верхней плите 2 установлены модели стояка 5 верхнего стержневого знака 3 и прибылей 4. Модельные плиты, как правило, применяют при машинной формовке для изготовления отливок в массовом и крупносерийном производствах. По односторонним металлическим плитам при формовке на машинах получают литейную форму в парных опоках (рис. 2.5, б). Модельные комплекты и опочная оснастка
Чугунная отливка рычага с литниковой системой представлена на рис. 2.8, а. Наружная конфигурация отливки образуется формой (рис. 2.9), а внутренняя цилиндрическое отверстие и сквозной паз выполняются цилиндрическим стержнем Ст1 и плоским стержнем Ст2 (рис. 2.10). Каждый стержень с помощью знаков устанавливается и фиксируется в форме. Конструкция знаков должна обеспечивать устойчивое положение стержней в форме. Для изготовления песчаной формы используют модельные комплекты и опочную оснастку. В модельный комплект входят: модели или модельные плиты (рис. 2.5, а, в), стержневые ящики (рис. 2.10), модели литниковой системы, выпоров и прибылей.
а б Рис. 2.8. Отливки с литниковой системой: а – чугунная отливка рычага; б – отливка стальной втулки
Стержневой ящик – это приспособление, в котором из стержневой смеси изготавливают стержни. Стержни служат для выполнения в отливке внутренних отверстий, полостей, пазов. Стержневые ящики, как модели изготавливаются из дерева, металла, пластмассы. На рис. 2.10 приведены деревянные стержневые ящики для изготовления стержней отливки рычага. В большинстве случаев стержни устанавливаются и укрепляются в форме на знаках 2 (рис. 2.9). Конструкция знака зависит от конфигурации и габаритов стержня, жидкий металл, заполняя форму, оказывает давление на стержни снизу, стремясь их вытолкнуть. Размеры стержневых знаков должны обеспечить устойчивое положение стержня, но не быть чрезмерно большими, чтобы не вызвать увеличение размеров опок и стоимость формы. Длина горизонтальных знаков l и высота вертикальных знаков h указаны в табл. 2.4 и 2.5. Необходимы формовочные уклоны на стержневых знаках (рис. 2.11), их значения представлены в табл. 2.6. Нижние знаки вертикальных стержней являются опорными, поэтому их высота h, может быть, больше высоты h 1 верхних знаков (рис. 2.5, а). Знаковые части стержней на моделях делают больших размеров, чем в стержневых ящиках, для того, чтобы при сборке формы между ее поверхностью и знаком стержня образовался зазор 2 (рис. 2.3). Отсутствие зазоров приведет к тому, что форму нельзя будет собрать. Модели литниковой системы служат для образования в форме совокупности каналов, по которым металл из ковша поступает в полость литейной формы. Литниковая система состоит из литниковой чаши (воронки), стояка, шлакоуловителя и питателей (рис. 2.5, в). Литниковая чаша служит для приема металла из заливочного ковша. Во время заливки металла чаша должна быть полной, чтобы шлак, плавающий на поверхности металла, не попадал в стояк. Для задержания шлака используют перегородки и фильтровальные сетки. Стояк-канал передает металл из чаши к другим элементам литниковой системы. Обычно используют вертикальные стояки с круглым сечением. Шлакоуловитель – горизонтальный канал, имеющий обычно сечение в виде трапеции, задерживает шлак и передает металл к питателям. Шлакоуловитель чаще всего располагают в верхней полуформе. Питатели (литники) предназначены для передачи металла в полость формы. Питателей в форме может быть один или несколько. Их располагают обычно в нижней части формы (рис. 2.9). Прибыли и выпоры. В зависимости от свойств литейного сплава для получения ответственных отливок применяют прибыли. Модель прибыли образует в форме дополнительную емкость (рис. 2.5, б) для жидкого металла, которым питается отливка при затвердевании. Конструкции прибылей бывают различные. Для ответственных отливок применяются открытые прибыли (рис. 2.8, б). Открытые прибыли можно доливать сверху горячим металлом. Чтобы металл в прибыли дольше оставался жидким, сверху засыпают древесным углем, сухим песком или веществами, выделяющими тепло в результате химических реакций.
Рис. 2.9. Литейная форма для получения отливки рычага: 1 – полость формы; 2 – стержни; 3 – формовочная смесь; 4 – нижняя опока; 5 – верхняя опока; 6–9 – литниковая система; 10 – выпоры; 11 – газоканалы
а б
Рис. 2.10. Деревянные стержневые ящики: а – для цилиндрического стержня литейной формы чугунного рычага; б – для стержня сквозного паза
Модели выпоров образуют каналы 10 (рис. 2.9; рис. 2.5, б), соединяющие полость формы с атмосферой, по которым вытесняются воздух и газы из формы. Выпоры при формовке обычно устанавливают на самых высоких частях модели или в местах предполагаемого скопления газов. Для изготовления форм кроме модельных комплектов используются опоки, центрирующие штыри и другие приспособления. Форма изготавливается в опоках 4 (рис. 2.9). Они предохраняют ее от разрушения во время сборки, транспортировки и заливки.
Таблица 2.1 Величины формовочных уклонов для отливок, получаемых в песчано-глинистых формах
Таблица 2.2 Припуски (мм) на обработку резанием отливок
Таблица 2.3
|
Отливка является заготовкой детали и отличается от детали размерами и формой. Размеры отливки изменяются в тех местах, где на поверхности детали указан знак – механической обработки (рис. 2.2 и рис. 2.3, а). Наружные размеры увеличиваются, а внутренние уменьшаются на величину припуска, на механическую обработку. Это слой металла (на сторону), удаляемый в процессе механической обработки отливки с ее поверхностей для получения заданной геометрической точности и качества поверхности детали.
