Вертикально-щелевая литниковая система для алюминиевых и магниевых сплавов
Вертикально-щелевая литниковая система (рис. 7.9) наряду со спокойным вводом расплава в форму обеспечивает хорошую заполняемость форм тонкостенных отливок, задерживает неметаллические включения при отшлаковывании в вертикальном колодце, создаёт благоприятные условия для последовательной, направленной снизу вверх кристаллизации отливок, обеспечивая подачу горячего металла в верхние слои отливки и прибыль. Таким образом, этот тип литниковой системы обеспечивает лучший тепловой режим и лучшую заполняемость тонкостенных отливок.
| 8 7 6 |
Рис 7.9. Вертикально-щелевая литниково-питающая система:
1 – прибыль; 2 – чаша; 3 – стояк; 4 – питатель; 5 – шлакоулавитель;
6 – колодец; 7 – щель; 8 – отливка
К недостаткам вертикально-щелевой литниковой системы относятся: возможность вспенивания сплава в начальный момент заполнения формы и опасность возникновения местных перегревов формы в области, прилегающей к вертикальным щелям, приводящих к образованию дефектов усадочного характера, а также сложность её выполнения в форме и удаления при обрубке.
Приведённую толщину стенки отливки , м рассчитываем по формуле:
(7.50)
где – минимальная толщина стенки отливки, м.
Предельно допустимую скорость заполнения , м/с находим по формуле:
(7.51)
где – критерий шлакообразования,
– коэффициент кинематической вязкости расплава, м2/с, ;
– толщина плены, м,
– поверхностное натяжение, Н/м,
– плотность жидкого сплава, кг/м3.
Определяем расход металла , м3/с по формуле:
(7.52)
где – длина растекания сплава, м.
Определяем угол растекания металла , 0 по формуле:
, (7.53)
где δЩ – толщина щелевого питателя, м; определяемая по формуле:
, (7.54)
где δ0 – толщина стенки отливки, м.
Скорость поперечного растекания , м/с определяем по формуле:
, (7.55)
где S – коэффициент Шези, S = 1.
Находим высоту потока расплава , м, растекающегося по поверхности застойной зоны:
. (7.56)
Определяем отношение площади поперечного сечения растекающегося расплава к его периметру:
. (7.57)
Находим значение коэффициента теплоотдачи , Вт/(м2∙К) в форму и в застойную зону по значению критерия Нуссельта:
, (7.58)
где λ – теплопроводность расплава, Вт/(м∙К);
Nu – критерий Нуссельта, определяется по формуле:
(7.59)
где Pe – критерий Пекле, определяется по формуле:
(7.60)
где а – коэффициент температуропроводности, м2/с.
Рассчитываем максимальную длину растекания расплава :
, (7.61)
где ТЗАЛ – температура заливки, К;
ТФН – начальная температура формы, К; ТФН = 293 К;
Т0 – температура нулевой жидкотекучести, К; рассчитывается по формуле (7.62);
сж – теплоемкость расплава, Дж/(кг∙К);
bM, bФ – соответственно теплоаккумулирующая способность металла и формы, Вт∙с1/2/(м2∙К);
, (7.62)
где ТL – температура ликвидус, К;
ТС – температура солидус, К;
m – количество твёрдой фазы, m = 0,3.
Сравниваем максимальную длину растекания с длиной отливки. Должно выполняться условие:
LP ≥ 1,2L, (7.63)
где L – длина растекания сплава, м.
Рассчитаем площадь стояка , м2:
, (7.64)
где μ – коэффициент расхода литниковой системы, = 0,6;
g – ускорение свободного падения, м/с2, g = 9,81 м/с2;
Нст – напор металла, м.
Найдем радиус стояка Rст, м из выражения:
, (7.65)
Определяем диаметр колодца dк, м литниковой системы по выражению:
, (7.66)
где δЩ – диаметр щели, м; определяемый по формуле (7.54).
7.3.4. Боковая и сифонная литниковые системы
При выборе литниковой системы рассчитывают площадь сечения стояка, а площади других элементов системы находят из приведенных ниже соотношений применительно к типу литниковой системы. Для цветного литья обычно используют формулу [4]:
, (7.67)
где Gотл, GЛС и Gпр – вес отливок, литниковой системы и прибылей соответственно, кг;
– время заливки, с;
– коэффициент расхода литниковой системы, μ = 0,4…0,5;
– плотность сплава, кг/м3;
– расчетный напор, м.
Время заливки , входящее в формулу, определяют из выражения:
, (7.68)
где δ – преобладающая толщина стенки отливки, мм;
S – коэффициент, зависящий от толщины стенки и конфигурации отливки; S = 1,7…2; S = 1,7 – отливок массой до 3 кг; S = 2 – для отливок массой до15 кг; отливки непротяженные и не тонкостенные.
Расстояние до первого питателя:
, (7.69)
где а – высота литникового хода;
– предельная скорость всплытия шлаковой частицы в спокойном расплаве по нормали к потоку
, (7.70)
где dшл – диаметр шлаковой частицы, dшл = 0,002 м;
с – коэффициент сопротивления, с = 1;
ρшл – плотность шлаковой частицы; ρшл = 500 кг/ м3 – для алюминиевого сплава; ρшл = 400 кг/ м3 – для магниевого сплава.
Остальные элементы ЛПС расчитываются исходя из соотношений Fст : ΣFлх : ΣFпит = 1 : 2 : 3 – для сифонного подвода металла; Fст : ΣFлх : ΣFпит = 1 : 2 : 1,1 – для бокового подвода металла.
7.3.5. Расчет литниковых систем для алюминиевых сплавов по методике Н. М. Галдина [3]
1) Выбираем положение отливки в форме, разъем формы, высоту прибылей и тип литниковой системы.
2) По табл. 7.12 определяем технологическую группу и подгруппу отливки.
3) По рис. 7.10 выбираем типовую конструкцию литниковой системы и определяем для нее длину одной ветви литникового хода, число питателей, места расположения стояков на литниковом ходе.
Таблица 7.12
Принципиальная классификация отливок
по их конфигурации и способу заливки металла
| Технологическая группа отливок | Способ подвода расплава в полость и положение отливки при заливке | Технологическая подгруппа отливок | Описание отливок | Принципиальная схема заливки и эскиз отливок |
| I. Отливки, получаемые при постоянной скорости течения расплава в форме. | Все отливки, получаемые при верхнем подводе расплава, а также отливки небольшой высоты с нижним подводом, заливаемые горизонтально, когда высота металлостатического напора в процессе заливки изменяется незначительно (Н1=сonst; ωф= сonst; Н0 << Н1) | Ia. Отливки простой конфигурации | Плоские типа плиты, панели, крышки, диска и другие, не имеющие фланцев, бортиков, приливов, т.е. выступающих частей, способствующих изменению направления потока расплава и образованию в нем местных возмущений | |
| Iб. Отливки сложной конфигурации | Типа крышки, каркаса, рамки и т.п., не относящиеся к подгруппе Iа, корпусные с верхним подводом расплава (при заливке могут возникать местные возмущения потока) |
Продолжение таблицы 7.12
| Технологическая группа отливок | Способ подвода расплава в полость и положение отливки при заливке | Технологическая подгруппа отливок | Описание отливок | Принципиальная схема заливки и эскиз отливок |
| II. Отливки, получаемые при переменной скорости течения расплава в форме | Все отливки с вертикально-щелевым и нижним подводом расплава, не относящиеся к группе I, т.е. заливаемые вертикально, когда высота напора в процессе заливки существенно изменяется (Н1¹сonst; ωф¹ сonst; Н0 соизмеримо с Н1) | IIа. Отливки простой конфигурации | Типа плиты, втулки, цилиндра, не имеющие фланцев, бортиков, приливов, карманов, ребер и других выступающих частей, способствующих изменению направления потока расплава и образованию в нем местных возмущений | |
| IIб. Отливки сложной конфигурации | Коробки, барабаны, каркасы, тройники, скафандры и др., при заливке которых могут возникать местные возмущения потока. |
Рис. 7.10. Типовые конструкции литниковых систем:
Л-1А, Л-2А, Л-3А – простые с односторонним литниковым ходом;
Л-1Б, Л-2Б, Л-3Б – то же с двусторонним литниковым ходом;
Л-1В, Л-2В, Л-3В – с металлоприемником и односторонним литниковым ходом;
Л-1Г, Л-2Г, Л-3Г – то же с двусторонним литниковым ходом;
Л-1 – с прямым литниковым ходом;
Л-2 – с литниковым ходом, имеющим один поворот;
Л-3 – с литниковым ходом, имеющим два поворота;
1 – стояк; 2 – зумпф; 3 – литниковый ход; 4 – питатели; 5 – металлоприемник
4) По массе и высоте отливки выбираем ориентировочно соотношение Fст: Fлх: Fп (табл. 7.13) и диаметр dс.н (табл. 7.14). Выбираем чашу или воронку аналогично как в расчете для чугуна.
Таблица 7.13
Рекомендуемые соотношения Fст: Fлх: Fп
для отливок различной высоты
| Масса отливки, кг | Соотношение Fст: Fлх: Fп для отливки высотой, мм | ||||
| алюминиевой | магниевой | До 150 | 151–450 | 451–750 | Более 750 |
| До 5 | До 3,5 | 1:2:2 | 1:2:3 | - | - |
| 5–10 | 3,5–7 | 1:2:2 | 1:2:3 | 1:2:4 | 1:3:3 |
| 10,1–20 | 7–14 | 1:2:3 | 1:2:4 | 1:3:3 | 1:3:4 |
| 20,1–40 | 14–28 | 1:2:4 | 1:3:3 | 1:3:4 | 1:4:4 |
| 40,1–70 | 28–50 | 1:2:4 | 1:3:4 | 1:4:4 | 1:4:5 |
| 70,1–150 | 50–100 | 1:3:4 | 1:3:5 | 1:4:4 | 1:4:5 |
| Свыше 150 | Свыше 100 | 1:4:4 | 1:4:5 | 1:4:6 | - |
Таблица 7.14
Рекомендуемые размеры стояков
в зависимости от высоты и массы отливки
| dс.н, мм | а × b, мм | fс.н., мм2 | Н01, мм | G01, кг |
| 13×6 | До 200 | До 10 | ||
| 16×7 19×8 | До 1000 До 850 | Для любой массы | ||
| 20×10 21×12 26×12 29×13 | До 750 До 650 До 550 До 400 | Более 20 | ||
| 30×15 31×17 | До 350 До 300 | Более 50 | ||
| 32×19 32×22 | До 250 До 200 | Более 100 | ||
| 1 С прибылями. |
Определим площадь стояка .
5) Вычисляем первоначальный металлостатический напор:
H1 = Hч + Hс, (7.71)
где Hс – высота стояка, равная расстоянию от места подвода металла до поверхности формы, м;
Hч – высота чаши, м;
и средний расчетный напор:
Hp = H1 – h/2, (7.72)
где h – высота отливки над местом подвода металла.
6) По чертежу отливки находим площадь сечения на уровне подвода расплава.
7) Вычисляем площадь формы Fф (живое сечение, в котором поднимается расплав) в месте подвода расплава и периметр этого живого сечения на уровне подвода расплава, включающий наружные и внутренние контуры всех попадающих в сечение полостей формы (рис. 7.11):
Рф = а +а’ + …+ f1 + f ’ . (7.73)
| б |
| а |
Рис. 7.11. Схемы расположения отливки в форме:
а – заливка при постоянном напоре (группа I отливок, см. табл. 7.12);
б – заливка при переменном напоре (группа II отливок)
8) Определяем расход по формуле:
Qф = к·Рф . (7.74)
Для отливок сложной конфигурации (подгруппа Iб) к = 1,2…2,0, для отливок простой конфигурации (подгруппа Ia) к = 3,1…3,9. При расчете используют средние значения коэффициента, равные соответственно 1,6 и 3,5.
9) Определяем среднюю скорость подъема расплава в форме по формуле:
. (7.75)
10) Минимально возможную скорость заполнения формы рассчитаем по формуле Н. М. Галдина:
, (7.76)
где Н0 – высота отливки, м;
tзал– температура заливки рсплава, °С.
11) Проверяем среднюю скорость на образование спаев в полости формы:
> . (7.77)
Если условие не выполняется, необходимо применять ярусную литниковую систему. Каждый ярус считается как отдельно взятая ЛПС для части отливки, находящейся между ярусами.
12) Определяем скорость в стояке:
. (7.78)
13) Проверяем данную скорость на вторичное шлакообразование:
. (7.79)
Если Кш > Кш кр (Кш кр = 350·106), то применяем два стояка меньшего размера. Для этого площадь стояка делим пополам и находим новый диаметр двух стояков. Количество стояков может быть два или три, пока по расчету не выполнится неравенство Кш > Кш кр.
14) Вычисляем диаметр стояка в верхнем сечении по формуле, м:
. (7.80)
15) Исходя из ранее принятого соотношения Fст: Fлх: Fпопределяем
суммарную площадь сечений литникового хода и его размеры аналогично, как и для отливок из чугуна.
16) Определяем фактическую скорость потока в литниковом ходе по формуле:
. (7.81)
17) Исходя из соотношения Fст : Fл.х. : Fп находим суммарную площадь сечения питателей, принимаем их количество и находим площадь одного питателя:
fn = Fп / n. (7.82)
18) Толщину питателей принимаем такой, чтобы удовлетворялись условия:
, (7.83)
где а – высота литникового хода.
Находим ширину питателя: с = fn/ δn.
Количество питателей определяется из геометрии отливки. Ширина одного питателя должна быть не менее 10 мм.
19) Находим расстояние от стояка до первого питателя по формулам 7.69 и 7.70. Остальные питатели распределяем равномерно по периметру отливки.
7.4. Расчёт нагружения опок
Во избежание всплытия верхней опоки при заливке формы металлом на нее устанавливается груз массой Р или опоки скрепляют скобами, выдерживающими нагрузку Р, кг:
Р = , (7.84)
где К – коэффициент запаса, учитывающий гидравлический напор; К = 1,5;
Н – максимальный напор (высота верхней опоки), м;
Fотл – площадь отливки в свету, м2;
Fлс – площадь литниковой системы в свету, м2;
ρж – плотность расплава, кг/м3;
ρст – плотность стержня, кг/м3;
Vст – объем стержня, м3;
G – вес опоки с землей, кг.
Если Р < 0, то нагружать опоку не надо.
Если форма изготавливается на автоматической линии, нагружение опок не требуется.
7.5. Расчёт времени охлаждения отливки
Расчет времени охлаждения отливки в форме для фасонных отливок (для сплавов, кристаллизующихся при постоянной температуре):
τ = ; (7.85)
для сплавов, кристаллизующихся в интервале температур:
(7.86)
где τ – время охлаждения отливки, с;
R – приведенная толщина отливки (наиболее утолщенной части); R = V/F, м;
V – объем отливки, м3;
F – площадь поверхности, м2;
bф – коэффициент теплоаккумулирующей способности формы, Вт/(м2·К·с-1/2);
Сж, Ст, Стж – удельная теплоемкость сплава в жидком, твердом и твердо-жидком состоянии, Дж/(кг·К);
ρж , ρт, ρтж – плотность сплава в жидком, твердом и твердо-жидком состоянии, кг/м3;
L – удельная теплота кристаллизации сплава, Дж/кг;
Vз ,Vл , Vс , Vк , Vв – относительная температура заливки, ликвидуса, солидуса, кристаллизации, выбивки , отсчитывается от температуры формы (Vз = tз – tф н ,°С; Vк = tк – tфн ,°С и т. д.).
Температуру выбивки отливок выбирают с таким расчетом, чтобы металл приобрел достаточную прочность, и в отливке не возникало больших термических напряжений, которые могут привести к образованию холодных трещин и к короблению. Температура выбивки составит 500 °С – для чугунных отливок, 800 °С – для стальных отливок, 200 °С – для алюминиевых и магниевых отливок.
8. ПРИМЕР РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОТЛИВКИ ИЗ ЧУГУНА
Отливка «Кронштейн».
Требуется изготовить отливку «Кронштейн», чертеж которой представлен на рис. 8.1, а трехмерное изображение – на рис. 8.2.
Рис. 8.1. Чертеж отливки «Кронштейн»
Исходные данные: габаритные размеры – 92,72×115×228 мм, масса – 1,6 кг, материал – СЧ25, серийностью 20000 штук, шероховатость литой поверхности Rz80, средняя толщина стенки отливки 10 мм. Для ее изготовления выбираем метод литья в сырые песчано-глинистые формы, формовка импульсная на автоматической линии. Данный технологический процесс обеспечивает выполнение технических требований, предъявляемых к отливке (по геометрии, шероховатости, серийности).
8.1. Расчет литниковой системы
Для данной отливки, учитывая ее конфигурацию, легкость и точность установки стержней, выбираем криволинейную плоскость разъема (рис. 8.3).
| Рис. 8.2. Кронштейн | Рис. 8.3. Поверхность разъема отливки «Кронштейн» |
По табл. 1.2 в соответствии с требуемой прочностью принимаем состав формовочной смеси для мелких отливок. По рекомендациям п. 2 (табл. 2.1) останавливаемся на MF-процессе для изготовления стержней и соответствующей ему стержневой смеси. Выбор припусков для поверхностей отливки осуществлен по п. 4 (в данном примере не приводится). В форме изготавливаются две отливки, и по рекомендациям в п. 6 выбираются размеры опок 500×400×150 мм.
Для регулирования скорости поступления металла в форму и лучшего задержания шлака используем дроссельную литниковую систему.
1) Металлоемкость формы .
2) Рассчитываем время заполнения формы расплавом по формуле 7.2: .
3) Определяем начальный массовый расход по формулам 7.13 и 7.14:
;
кг/с.
4) Определяем металлостатический напор (к высоте опоки Н добавлена высота верхнего болвана): Нр = (150+70)-90/2 = 175 мм.
5) Принимаем центральное расположение стояка в форме относительно отливок и, следовательно, двухсторонний литниковый ход с двусторонним дросселем. По номограмме (рис. 7.3) и табл. 7.2. определяем номер одноходового дросселя и его размеры. Принимаем двусторонний одноходовой дроссель № 2, Fдр = 200 мм2 (рис. 8.4).
6) По соотношению площадей элементов ЛПС (п. 7.1.2 стр. 59) находим площади сечений стояка, литниковых ходов и питателя:
Рис. 8.4. Щелевой двусторонний одноходовой дроссель
7) Определим размеры одного литникового хода:
Принимаем а = 15 мм.
8) Размеры питателей. Принимаем два питателя, по одному на отливку. Высота питателя:
Суммарная ширина питателей:
Ширина одного питателя:
9) Определяем размеры стояка.
Нижний диаметр стояка:
Верхний диаметр стояка:
10) Размеры воронки:
8.2. Расчет времени затвердевания отливки в форме
Расчет времени охлаждения отливки в форме для фасонных отливок может быть проведен по следующей формуле (для сплавов, кристаллизующихся при постоянной температуре):
8.3. Создание графической части курсового проекта
8.3.1. Построение стержней и стержневых знаков
Проанализировав конфигурацию отливки, делаем вывод о том, что для ее получения необходимо изготовление двух стержней цилиндрической формы. После выбора расположения отливки в форме, выбора плоскости разъема формы и расположения стержневых знаков можно приступать к построению стержней и стержневых ящиков. Чтобы создать трехмерную модель стержня необходимо создать новую сборку (в меню «Файл» опция «Создать»). В эту сборку нужно добавить заданную отливку с помощью кнопки «Добавить из файла» в меню «Редактирование сборки».
Теперь необходимо определиться от какой плоскости удобнее строить стержень с учетом того, что получаем его операцией «Выдавливание». После выбора плоскости необходимо ее выделить и выбрать в меню «Редактирование сборки» опцию «Создать деталь». При этом в дереве построения появляется новая деталь и автоматически включается режим редактирования ее на месте. В выбранной плоскости строим эскиз – контур будущего стержня. В нашем случае для построения цилиндрического стержня проецируем на плоскость окружность полости отливки и выполняем операцию «Выдавливание».
Далее необходимо построить стержневые знаки. В зависимости от расположения стержня в форме, способа его изготовления и его конфигурации и размеров выбираются параметры стержневых знаков (размеры и уклоны) по ГОСТ 3212–92 «Комплекты модельные. Уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров». Стержневые знаки строят также при помощи операции «Приклеить выдавливанием». Результат всех преобразований представлен на рис. 8.5.
Рис 8.5. Отливка со стержнями и стержневыми знаками в разрезе
8.3.2. Построение элементов литниковой системы
Далее необходимо изготовить элементы литниковой системы: литниковый ход, питатели, стояк. Для их построения создаем новую деталь (в меню «Файл» опция «Создать»). Выбираем плоскость, строим эскиз – контур будущего литникового хода (питателя, стояка), затем выдавливаем построенный эскиз на рассчитанное расстояние (рис. 8.6).
Рис. 8.6. Элементы литниковой системы:
1 – питатель; 2 – литниковый ход; 3 – стояк
Затем создаем сечения модели с литниковой системой. Для этого создаем новую сборку (в меню «Файл» опция «Создать»). В эту сборку нужно добавить модель отливки со стержнями с помощью кнопки «Добавить из файла» в меню «Редактирование сборки». Сделали сечение по эскизу и получили модель низа отливки. Так же в эту сборку добавляем питатели и литниковый ход. Затем с помощью сопряжений («Совпадение») устанавливаем их на модель отливки. Результат представлен на рис. 8.7.
Рис. 8.7. Модель низа отливки с питателем и литниковым ходом
После этого приступаем к созданию сборки модельной плиты с установленной моделью отливки и с элементами литниковой системы. Для этого создаем новую сборку, открываем в ней модельную плиту (из базы данных) и добавляем к ней элементы литниковой системы и модель отливки со стержнями. Дальше с помощью сопряжений («Соосность», «Совпадение», «Параллельность») устанавливаем их на модельную плиту. Результат представлен на рис. 8.8.
Рис. 8.8. Модельная плита с установленными моделями отливки
и с элементами литниковой системы
Далее приступаем к созданию ассоциативного чертежа модельной плиты. Для этого создаем чертеж (в меню «Файл» опция «Создать»). С помощью операций «Ассоциативные виды» и «Стандартные виды» определяем 3 основных вида модельной плиты. Затем с помощью опции «Размеры» указываем все необходимые размеры. Результат представлен на рис. 8.9.
Переходим к созданию 3D-модели уплотненной формовочной смеси в опоке низа (ком низа) и опоке верха (ком верха). Для этого создаем новую сборку, добавляем в нее из базы данных 3D-сборки выбранные опоки. Так же в эту сборку добавляются 3D-модели отливок, стержней и элементов литниково-питающей системы, которые располагаются в форме с помощью сопряжений. На плоской поверхности опоки создается новая деталь – ком. Для этого создается эскиз по внутренним размерам опоки с помощью команды «Спроецировать объект», и далее командой «Выдавить» задается высота кома. Полость формы образуется с помощью команды «Вычесть компоненты», при этом в списке компонентов
Рис. 8.9. Чертеж плиты модельной верха
указываются 3D-модели отливок, стержней и элементов литниково-питающей системы. Результат построений – 3D-модель кома верха – представлен на рис. 8.10. Таким же образом получают второй ком.
Рис. 8.10. Ком верха
После построения комов в этой сборке командой «Исключить из расчета» убираем 3D-модели отливок и элементов литниково-питающей системы. На рис. 8.11 представлена опока низа с комом и стержнями (опока верха и ком верха скрыты).
Рис. 8.11. Полуформа низа
Далее приступаем к созданию ассоциативного чертежа формы в сборе, который представлен на рис. 8.12.
Рис. 8.12. Чертеж формы в сборе
8.3.3. Проектирование стержневых ящиков
Построение аналогично построению стержневого ящика, описанного в пункте 3.15.
9. ПРИМЕР РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОТЛИВКИ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА
Отливка «Цилиндр»
Требуется изготовить отливку «Цилиндр», которая представлена на рис. 9.1 и рис. 9.2.
Отливка «Цилиндр» имеет габаритные размеры – 356×380×310 мм, массу – 12 кг, изготавливается из алюминиевого сплава АК12, серийностью 100 штук, шероховатостью Rz100. Отливка относится к категории средних. В соответствии с требованиями, предъявляемыми к отливке, выбираем метод литья в сырые песчано-глинистые формы, импульсный способ формовки на автоматической линии.
Рис. 9.1. Цилиндр
В соответствии с первой рекомендацией по выбору положения отливки в форме и плоскости разъема (стр. 5) выбираем горизонтальный разъем формы по оси симметрии отливки. При этом обеспечивается минимальная высота опок, один стержень, который легко устанавливается горизонтально на четырех знаках в нижней полуформе. Механически обрабатываемыми поверхностями являются торцы цилиндра и отверстия, образуемые стержнем. Припуски на механическую обработку выбираются в соответствии с п. 4, и в данном примере их рсчет не приводится.
Рис. 9.2. Чертёж отливки «Цилиндр»
Для заливки расплавом лучше всего применить боковую литниковую систему по разъему формы. Причем металл следует подвести к полости формы с двух сторон в торцы отливки (т. к. они механически обрабатываются) через четыре питателя вдоль стержневых знаков. При таком расположении питателей пробег расплава в полости формы будет минимальным. Массивными частями отливки, требующими питания жидким металлом при затвердевании, являются два фланца цилиндра. Для них устанавливаются опять же с обрабатываемых торцев над стержневыми знаками две прибыли.
Для изготовления стержня (m > 40 кг) применяем Cold-Box-Amin-процесс, состав стержневой смеси представлен в табл. 2.1. Формовочная смесь выбирается единая для алюминиевых сплавов, состав смеси – в табл. 1.4. (см. примечания к таблице). Т. к. в форме получаем одну отливку, опоки соответственно будут иметь размер 800×600×250 мм (с учетом выбранных стержневых знаков по ГОСТ 3212–92, расположения литниковой системы и рекомендаций в п. 6).
9.1. Расчет прибылей
За объем теплового узла отливки принят объем фланца цилиндра, который имеет толщину 2,5 см и ширину 4,5 см:
,
где R – внешний радиус фланца, м;
r – внутренний радиус фланца, м;
b – ширина фланца, м.
Тогда объем прибыли будет равен по формуле 7.24 и табл. 7.4:
.
Конструктивно принимаются размеры радиального сечения прибыли по ее высоте с учетом длины шейки прибыли (8 мм), длины стержневого знака (60 мм), поверх которого расположена прибыль, и формовочных уклонов закрытой прибыли (3°) равными: длина – 0,11 м, ширина – 0,048 м. Тогда площадь сечения прибыли будет равна:
,
а высота прибыли:
.
Принимаем высоту прибыли равной 60 мм.
9.2. Расчет литниковой системы
1) Рассчитываем время заливки в форму металла по формуле 7.68:
.
2) Определяем расчетный металлостатический напор в форме:
Нр = H – h/2 = 250 – 155/2 = 172,5 мм = 0,1725 м.
3) Определим площадь сечения стояка по формуле 7.67:
4) По площади стояка определяются его размеры (стояк круглый):
5) Далее по соотношению (п. 7.3.4. стр. 75) находим остальные элементы литниковой системы:
- площадь литникового хода: ;
- площадь питателей: .
6) Размеры двухстороннего трапецеидального литникового хода ( ):
- высота и нижнее основание:
;
- верхнее основание: .
7) Рассчитывается площедь одного питателя и его размеры:
.
Принимаем ширину питателя равной 24 мм (т. к. ширина торца отливки равна 25 мм). Тогда высота питателя равна . Принимаем высоту питателя равной 8 мм.
8) Расстояние до первого питателя от стояка определяется по формулам 7.69 и 7.70:
;
9) Размер воронки определяем по формуле:
.
Принимаем D = 100 мм; Н = D = 100 мм.
9.3. Расчет времени затвердевания отливки в форме
Температуру выбивки отливок выбирают с таким расчетом, чтобы металл приобрел достаточную прочность, и в отливке не возникало больших термических напряжений, которые могут привести к образованию холодных трещин и к короблению. Температура выбивки составит 200 °С.
Расчет времени охлаждения отливки в форме для фасонных отливок проводится по формуле 7.86:
9.4. Создание графической части курсового проекта
9.4.1. Построение стержней и стержневых знаков
Проанализировав конфигурацию отливки, делаем вывод о том, что для ее получения необходимо изготовление стержня цилиндрической формы. Принимая во внимание, что стержень имеет простую цилиндрическую форму, то его можно построить операцией «Выдавливание». Для этого необходимо создать новую сборку (в меню «Файл» опция «Создать»). Далее добавить заданную отливку с помощью кнопки «Добавить из файла» в меню «Редактирование сборки». Затем после выбора плоскости, на которой строится эскиз, необходимо ее выделить, и выбрать в меню «Редактирование сборки» опцию «Создать деталь». При этом в дереве построения появляется новая деталь и автоматически включается режим редактирования ее на месте.
Далее необходимо построить стержневые знаки. В зависимости от расположения стержня в форме, способа его изготовления и его конфигурации и размеров выбираются параметры стержневых знаков (размеры и уклоны) по ГОСТ 3212–92 «Комплекты модельные. Уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров». Стержневые знаки строят также при помощи операции «Приклеить выдавливанием». Результат всех преобразований представлен на рис. 9.3.
Рис. 9.3. Отливка со стержнем и стержневыми знаками
9.4.2. Построение элементов литниковой системы
Далее необходимо изготовить элементы литниковой системы: литниковый ход, питатели, стояк, прибыли. Для их построения создаем новую деталь (в меню «Файл» опция «Создать»). Выбираем плоскость, строим эскиз – контур будущего литникового хода (питателя, стояка, прибыли), затем выдавливаем построенный эскиз на рассчитанное расстояние. Результат представлен на рис. 9.4.
Затем создаем сечения модели с литниковой системой. Для этого создаем новую сборку (в меню «Файл» опция «Создать»). В эту сборку нужно добавить модель отливки со стержнями с помощью кнопки «Добавить из файла» в меню «Редактирование сборки». Сделали сечение по эскизу и получили модель низа отливки. Так же в эту сборку добавляем литниковый ход и прибыли. Дальше с помощью сопряжений («Соосность», «Совпадение», «Параллельность») устанавливаем их на модельную плиту. Результат представлен на рис. 9.5.
Рис. 9.4. Элементы литниковой системы:
1 – питатель; 2 – литниковый ход; 3 – стояк; 4 – прибыль
Рис. 9.5. Модель верха отливки с литниковым ходом и прибылями
После этого приступаем к созданию сборки модельной плиты с установленной моделью отливки и с элементами литниковой системы. Для этого создаем новую сборку, открываем в ней модельную плиту (из базы данных) и добавляем к ней элементы литниковой системы и модель отливки со стержнями. Дальше с помощью сопряжений («Соосность», «Совпадение», «Параллельность») устанавливаем их на модельную плиту. Результат представлен на рис. 9.6.
Рис. 9.6. Модельная плита верха
Далее приступаем к созданию ассоциативного чертежа модельной плиты. Для этого создаем чертеж (в меню «Файл» опция «Создать»). С помощью операций «Ассоциативные виды» и «Стандартные виды» определяем 3 основных виды модельной плиты. Затем с помощью опции «Размеры» указываем все необходимые размеры. Результат представлен на рис. 9.7.
Рис. 9.7. Чертеж модельной плиты верха
Переходим к созданию 3D-модели уплотненной формовочной смеси в опоке низа (ком низа) и опоке верха (ком верха). Для этого создаем новую сборку, добавляем в нее из базы данных 3D-сборки опоки. Так же в эту сборку добавляются 3D-модели отливок, стержней и элементов литниково-питающей системы, которые располагаются в форме с помощью сопряжений. На плоской поверхности опоки создается новая деталь – ком. Для этого создается эскиз по внутренним размерам опоки с помощью команды «Спроецировать объект», и далее командой «Выдавить» задается высота кома. Полость формы образуется с помощью команды «Вычесть компоненты», при этом в списке компонентов указываются 3D-модели отливок, стержней и элементов литниково-питающей системы. Результат построений – 3D-модель кома верха – представлен на рис. 9.8.
Рис. 9.8. Ком верха
Таким же образом получают второй ком. После построения комов в этой сборке командой «Исключить из расчета» убираем 3D-модели отливок и элементов литниково-питающей системы. На рис. 9.9 представлена опока низа с комом и стержнем (опока верха и ком верха скрыты).
Рис. 9.9. Полуформа низа со стержнем
Далее приступаем к созданию ассоциативного чертежа формы в сборе, который представлен на рис 9.10.
9.4.3. Проектирование стержневого ящика
Такой стержень удобно изготавливать в ящике с вертикальным разъемом по оси стержня. Так как стержень достаточно крупный, то ящик соответственно должен быть одногнёздным.
Его построение аналогично построению стержневого ящика, описанного в пункте 3.15.
Рис. 9.10. Чертёж формы в сборе
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Трухов, А. П. Технология литейного производства: Литье в песчаные формы: Учебник для студ. высш. учеб. заведений [Текст] / А. П. Трухов, Ю. А. Сорокин, М. Ю. Ершов [и др.]; под ред. А. П. Трухова. – М.: Издательский центр «Академия». – 2005. – 528 с.
2 Изотов, В. А.Разработка методики расчёта исполняемых размеров верхних литниковых систем для алюминиевых сплавов [Текст]: Дипломный проект / В. А. Изотов, Ю. С. Артамонова.– Рыбинск, 2009.
3 Галдин, Н. М. Литниковые системы и прибыли для фасонных отливок [Текст] / Н. М. Галдин, В. В. Чистяков, А. А. Шатульский; под общ. ред. В. В. Чистякова. – М.: Машиностроение. – 1992. – 256 с.
4 Липницкий, А. М.Технология цветного литья [Текст] / А. М. Липницкий, И. В. Морозов, А. А. Яценко. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1986. – 224 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
| ВВЕДЕНИЕ | |
| 1. ОБЩИЙ ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ ТЕХПРОЦЕССА | |
| 1.1. Выбор способа формовки | |
| 1.2. Выбор положения отливки в форме и плоскости разъема | |
| 1.3. Типы и составы формовочных смесей | |
| 2. ВЫБОР СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ | |
| 2.1. Современные технологические процессы «Cold-Box» с отверждением стержней продувкой газо-воздушной смесью | |
| 2.2. Процессы для мелкосерийного производства | |
| 2.3. Выбор процесса для производства стержней | |
| 3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ СТЕРЖНЕЙ | |
| 3.1. Выбор материала для оснастки | |
| 3.2. Конфигурация стержня | |
| 3.3. Расположение стержня в ящике | |
| 3.4. Выбор плоскости разъема ящика для пескодувных и для пескострельных машин | |
| 3.5. Направление пескострельного заполнения ящика и вдувные сопла | |
| 3.6. Определение количества вдувных отверстий при пескодувной формовке | |
| 3.7. Размер и форма пескострельного сопла | |
| 3.8. Конструкция вдувных сопел | |
| 3.9 Типы пескострельных насадок | |
| 3.10. Стержневые ящики с вертикальным разъемом | |
| 3.11. Вентиляция стержневого ящика для пескодувной машины | |
| 3.12. Особенности вентиляции стержневого ящика для пескострельной машины | |
| 3.13. Отверждение стержня продувкой газом-катализатором (отвердителем) | |
| 3.14. Конструирование знаков стержней для опочной формовки | |
| 3.15. Построение стержневого ящика для цилиндрического стержня | |
| 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕГО ПРИПУСКА | |
| 4.1. Припуски на механическую обработку | |
| 5. АЛГОРИТМ ПОИСКА ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И СООТВЕТСТВУЮЩИХ ИМ ДОПУСКОВ | |
| 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОПОК И МОДЕЛЬНЫХ ПЛИТ | |
| 7. РАСЧЁТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩИХ СИСТЕМ ПРИ ЛИТЬЕ СПЛАВОВ В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫЕ ФОРМЫ | |
| 7.1. Расчет литниково-питающих систем для литья чугунов 7.1.1. Расчёт простой литниково-питающей системы | |
| 7.1.2. Расчёт дроссельной литниково-питающей системы | |
| 7.1.3. Расчёт дождевой литниково-питающей системы | |
| 7.1.4. Расчёт литниково-питающей системы с центробежным шлакоуловителем 7.2. Расчет литниковых систем для сталей 7.2.1. Расчет прибыли по методу Й. Пржибыла | |
| 7.2.2. Расчёт литниково-питающей системы для заливки стали из стопорного ковша 7.2.3. Расчет литниково-питающей системы для заливки стали из чайникового ковша 7.3. Расчет литниково-питающих систем для алюминиевых и магниевых сплавов | |
| 7.3.1. Расчёт дождевой литниково-питающей системы 7.3.2. Верхняя литниковая система для алюминиевых сплавов 7.3.3. Вертикально-щелевая литниковая система для алюминиевых и магниевых сплавов 7.3.4. Боковая и сифонная литниковые системы 7.3.5. Расчёт литниковых систем для алюминиевых сплавов по методике Н. М. Галдина | |
| 7.4. Расчёт нагружения опок | |
| 7.5. Расчёт времени охлаждения отливки | |
| 8. ПРИМЕР РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОТЛИВКИ ИЗ ЧУГУНА 8.1. Расчет литниковой системы 8.2. Расчет времени затвердевания отливки в форме 8.3. Создание графической части курсового проекта 8.3.1. Построение стержней и стержневых знаков 8.3.2. Построение элементов литниковой системы 8.3.3. Проектирование стержневых ящиков | |
| 9. ПРИМЕР РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОТЛИВКИ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА 9.1. Расчёт прибылей 9.2. Расчет литниковой системы 9.3. Расчет времени затвердевания отливки в форме 9.4. Создание графической части курсового проекта 9.4.1. Построение стержней и стержневых знаков 9.4.2. Построение элементов литниковой системы 9.4.3. Проектирование стержневого ящика | |
| СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ | |
| ОГЛАВЛЕНИЕ |