Специальные способы литья чуркин

Ваш IP заблокирован

Убедитесь, что Вы не используете анонимайзеры/прокси/VPN или другие подобные средства (TOR, friGate, ZenMate и т.п.) для доступа к сайту.

Отправьте письмо на abuse[at]twirpx.club если Вы уверены, что эта блокировка ошибочна.

В письме укажите следующие сведения о блокировке:

Кроме того, пожалуйста, уточните:

1. Каким Интернет-провайдером Вы пользуетесь?
2. Какие плагины установлены в Вашем браузере?
3. Проявляется ли проблема если отключить все плагины?
4. Проявляется ли проблема в другим браузере?
5. Какое программное обеспечение для организации VPN/прокси/анонимизации Вы обычно используете? Проявляется ли проблема если их отключить?
6. Давно ли в последний раз проверяли компьютер на вирусы?

Your IP is blocked

Ensure that you do not use anonymizers/proxy/VPN or similar tools (TOR, friGate, ZenMate etc.) to access the website.

Contact abuse[at]twirpx.club if you sure this block is a mistake.

Attach following text in your email:

Please specify also:

1. What Internet provider (ISP) do you use?
2. What plugins and addons are installed to your browser?
3. Is it still blocking if you disable all plugins installed to your browser?
4. Is it still blocking if you use another browser?
5. What software do you often use for VPN/proxy/anonymization? Is it still blocking if you disable it?
6. How long ago have you checked your computer for viruses?

Источник

«Б. С. Чуркин, А. Б. Чуркин, Ю. И. Категоренко СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ЛИТЬЯ Учебно-методическое пособие Под редакцией Б. С. Чуркина Допущено Учебно-методическим . »

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «Российский государственный

Б. С. Чуркин, А. Б. Чуркин,

Ю. И. Категоренко

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ЛИТЬЯ

Под редакцией Б. С. Чуркина

Допущено Учебно-методическим объединением по профессиональнопедагогическому образованию в качестве учебно-методического пособия

для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 050501.08 Профессиональное обучение (машиностроение и технологическое оборудование) Екатеринбург РГППУ УДК 621.74.04(075) ББК К305-64я73-1 4-93 Чуркин, Б. С.

4-93 Специальные способы литья: учебно-методическое пособие / Б. С. Чуркин, А. Б.Чуркин, Ю. И. Категоренко; под ред. Б. С. Чур­ кина. Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2012. 189 с.

1БВЫ 978-5-8050-0482-8 Изложены основы проектирования технологии изготовления отливок спе­ циальными способами литья.

Учебное пособие адресовано студентам, обучающимся по специальностям «Литейное производство черных и цветных металлов», «Машины и технология литейного производства», «Профессиональное обучение» (специализации «Тех­ нологии и технологический менеджмент в литейном производстве», «Техноло­ гии и менеджмент в металлургических производствах»), а также инженерно-тех­ ническим работникам литейного профиля промышленных предприятий.

УДК 621.74.04(075) ББК К305-64я73-1 Рецензенты: канд. техн. наук, доц. А. В. Песков (ФГАОУ ВПО «Рос­ сийский государственный профессионально-педагогический университет»);

канд. техн. наук, доц. М. Д. Харчук (ФГАОУ ВПО «Уральский федераль­ ный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина») 1БВЫ 978-5-8050-0482-8 © ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально­ педагогический университет», 2012 © Чуркин Б. С., Чуркин А. Б., Категоренко Ю. И., 2012 Оглавление Введение

Глава 1. Литье по выплавляемым моделям

1.1. Сущность и технологическая схема процесса

1.2. Выбор модельных составов и изготовление моделей в прессформах

1.3. Обоснование технологии изготовления литейных форм. 22

1.4. Проектирование технологического процесса

1.5. Требования к содержанию и оформлению курсового проекта 44 Контрольные вопросы и задания

Глава 2. Кокильное литье

2.1. Технологические особенности кокильного литья

2.2. Особенности конструирования отливок

2.3. Тепловые условия формирования отливок

2.4. Кокильные покрытия

2.5. Литниковые системы и прибыли

2.6. Технологическое оборудование и оснастка

2.7. Порядок разработки технологического процесса изготовле­ ния отливок

2.8. Пример разработки технологии получения отливки

2.9. Требования к содержанию и оформлению курсового проекта 87 Контрольные вопросы и задания

Глава 3. Литье под давлением

3.1. Сущность и технологические схемы процесса

3.2. Особенности конструирования отливок

3.3. Гидродинамические и тепловые условия формирования отли­ вок

3.4. Технологические параметры литья

3.5. Конструирование и расчет литниково-вентиляционной системы 110

3.6. Конструирование пресс-форм

3.7. Пример расчета технологических параметров изготовления отливки

3.8. Требования к содержанию и оформлению курсового проекта 126 Контрольные вопросы и задания

Глава 4. Литье под регулируемым газовым давлением

4.1. Технологические особенности и классификация способов литья 128

4.2. Требования к конструкции отливок. Особенности технологи­ ческой оснастки

4.3. Анализ процессов, происходящих при формировании отли­ вок

4.4. Оптимальная продолжительность заливки формы сплавом 146

4.5. Литниково-питающие системы

4.6. Особенности отдельных разновидностей ЛРД. Технологичес­ кое оборудование

4.7. Основные технологические параметры процесса ЛРД. После­ довательность разработки технологии

4.8. Примеры определения технологических параметров изготов­ ления отливки

4.9. Требования к содержанию и оформлению курсового проекта 163 Контрольные вопросы и задания

Список основных условных обозначений

Приложение. Справочные технологические данные

Введение Литейное производство является основной заготовительной базой машиностроения. Массовая доля литых заготовок в машиностроительных изделиях составляет 40-90 % и имеет тенденцию к увеличению. Литые за­ готовки и изделия широко применяются в различных отраслях промыш­ ленности, в ювелирном и зубопротезном производствах, при создании произведений культуры и в быту. Поэтому литейное производство оказы­ вает большое влияние на качественные показатели современных машин, оборудования и различных изделий.

Развитие техники предъявляет непрерывно повышающиеся требова­ ния к качеству отливок. Современные отливки должны иметь высокие рег­ ламентированные механические свойства, физические и химические ха­ рактеристики, а также высокую точность при минимальных толщинах сте­ нок, массе и себестоимости. Важнейшей проблемой является повышение экологической чистоты литейной технологии и улучшение условий труда.

Современные отливки изготовляются практически из всех известных сплавов при массе от нескольких граммов до сотен тонн и толщинах сте­ нок от долей до сотен миллиметров. К ним предъявляются различные тре­ бования по механическим и эксплуатационным свойствам, размерной точ­ ности (от 3-го до 16-го класса точности по ГОСТ 26645-85), качеству по­ верхности и коэффициенту использования металла в заготовке.

Технический прогресс и появление новейших видов машин и изделий обусловливают разработку прогрессивных способов литья, обеспечивающих выполнение непрерывно возрастающих требований к отливкам. В настоящее время зафиксировано около 60 различных способов литья, которые приме­ няются на практике. Каждый способ литья обладает своими достоинствами и недостатками и имеет свои наиболее эффективные области применения.

Знание теоретических основ и технологических принципов различ­ ных способов литья, а также умение разрабатывать и организовывать тех­ нологические процессы с использованием соответствующего технологиче­ ского оборудования и оснастки являются важнейшими квалификационны­ ми требованиями к специалисту-литейщику с высшим образованием. На обеспечение у выпускников указанных знаний и умений направлены дис­ циплины «Технология литейного производства» и «Специальные способы литья», которые при некотором варьировании названий включены в учеб­ ные планы подготовки специалистов-литейщиков разных специальностей и специализаций. Соответственно объектом (предметом) содержания учеб­ ного пособия являются основные специальные способы литья.

В основу любого системного рассмотрения объекта должна быть по­ ложена классификация его разновидностей.

Классификацию способов ли­ тья можно провести по ряду критериев:

• основа материала формы;

• природа связующих добавок;

• способ уплотнения смеси;

• способ упрочнения формы;

• способ воздействия на жидкий расплав;

• способ заливки сплава;

• способ силового воздействия на расплав в процессе заливки формы и кристаллизации;

• способ поверхностного или объемного упрочнения сплава в отливке.

Под традиционными (обычными) способами литья понимают спосо­ бы изготовления отливок в разовых формах из дисперсных материалов (чаще всего в песчано-глинистых формах) по удаляемым из формы дере­ вянным или металлическим моделям при различных способах уплотнения смеси и упрочнения формы и при гравитационной заливке сплава. В насто­ ящее время этими способами изготовляется подавляющее большинство отливок из любых сплавов, различной массы и размеров, с практически любой конфигурационной сложностью. Однако изготовление отливок дан­ ными способами связано с большим расходом формовочных и стержневых смесей (до 5 т смеси на каждую тонну чугунных и стальных отливок), а также связующих материалов, что не только повышает трудоемкость из­ готовления отливок, но и оказывает негативное воздействие на атмосферу цеха и окружающую среду. При традиционных методах литья обеспечива­ ется размерная точность на уровне 7-16-го классов точности с повышен­ ными припусками на механическую обработку при шероховатости поверх­ ности Лг = 50-200 мкм.

Остальные способы литья относят к специальным. В литературе пред­ ложено несколько подходов к классификации специальных способов литья.

Можно выделить четыре укрупненных типа специальных способов литья [6]:

1. С п особ ы литья в специальные ф орм ы, отличающиеся от обычных основой материала формы, природой связующих добавок, материалом мо­ дели и способом ее удаления из формы, применяемой оснасткой и техно­ логией формообразования. По материалу формы различают керамические, оболочковые песчано-смоляные, углеродные и металлические формы (кокили). Для изготовления форм применяют удаляемые модели (выплавляе­ мые, выжигаемые и растворяемые), постоянные (металлические и деревян­ ные) модели и газифицируемые (пенополистироловые) модели. При литье по газифицируемым моделям форма часто выполняется неразъемной, мо­ дель после формовки из формы не удаляется, а газифицируется при тепло­ вом взаимодействии с расплавом в процессе его заливки в форму. В каче­ стве связующих материалов применяют этилсиликат, жидкое стекло, фос­ фаты алюминия, силикагель, смолы и др. При литье по газифицируемым моделям формы, как правило, изготовляют из сухого песка без применения связующих материалов. Чаще всего при рассматриваемых способах литья используется гравитационная заливка форм, хотя возможно применение регулируемого давления, например вакуумного всасывания.

2. С п особы литья с применением специальных м ет одов управления заливкой форм и ф ормированием отливок. Особенностью данных способов литья является применение физических и физико-химических методов управления заливкой форм и формированием отливок. Прежде всего сле­ дует отметить способы литья под регулируемым давлением: литье под низким давлением, литье вакуумным всасыванием и литье с противодавле­ нием. При этих способах литья заполнение формы сплавом осуществляет­ ся из тигля через металлопровод под действием изменяющегося со време­ нем по некоторому закону перепада газового давления на расплав, обеспе­ чивается не только заполнение формы за оптимальное время, но и опти­ мальное изменение скорости заполнения отдельных элементов полости формы с учетом их размеров. Это позволяет получать качественные отлив­ ки со значительными перепадами толщин стенок без технологических на­ пусков. Формирование отливок происходит под действием повышенного давления (до 0,1 МПа), что обеспечивает непрерывное питание отливки и повышение ее механических свойств на 30-40 %.

При литье под давлением заполнение формы происходит под высо­ ким давлением (до 15 МПа). Это обеспечивает высокую заполняемость форм при получении отливок с толщинами стенок до 0,5-1 мм, высокую размерную точность отливок (до класса Зт по ГОСТ 26645-85), получение поверхностей с Н = 6,3-12,5 мкм. Данный способ литья позволяет полу­ чать отливки с высоким коэффициентом использования металла в заготов­ ке (на уровне 90-100%) при минимальных припусках на механическую обработку или без механической обработки отливки. Однако требуется до­ рогостоящая оснастка (пресс-формы), что обусловливает достаточную рентабельность способа при высокой серийности производства.

Высокие механические свойства сплавов в отливках (на уровне свойств штампованных заготовок) обеспечивает литье с кристаллизаций под дав­ лением, при котором расплав, залитый в металлическую форму-матрицу, кристаллизуется под высоким поршневым или пуансонным давлением (жидкая штамповка).

Для получения отливок типа тел вращения и тонкостенных фасон­ ных отливок применяют центробежное литье, при котором расплав залива­ ется во вращающуюся форму и затвердевает в ней.

В настоящее время для получения необходимых эксплуатационных свойств отливок используют разнообразные способы воздействия на жид­ кие и кристаллизующиеся металлические расплавы: ввод дисперсных инокуляторов (суспензионное литье), воздействие на расплав ультразвука и ви­ брации, обработка расплава шлаками (электрошлаковое литье), примене­ ние электромагнитных и электростатических воздействий и т. д.

3. Н епреры вны е процессы литья и способы получения отливок при Различают непрерывное и полунепрерыв­ перем ещ ении элемент ов формы.

ное литье. При этих способах осуществляется заливка сплава в неподвиж­ ную или подвижную форму-кристаллизатор в условиях непрерывного вы­ тягивания из нее затвердевающей отливки при непрерывном подводе спла­ ва в кристаллизатор. При непрерывном литье получается длинная заготов­ ка, которая разрезается на мерные заготовки. При полунепрерывном литье изготовляется отливка заданной длины, после чего установка приводится в исходное состояние. Непрерывное литье применяется при получении стальных слитков. Полунепрерывное литье используется при разливке цветных сплавов в слитки, при получении протяженных деталей с различ­ ной формой поперечного сечения (трубы, направляющие и т. д.).

При некоторых способах литья процессы заливки и формирования отливки совмещаются во времени. К ним относится литье выжиманием и литье намораживанием. При литье выжиманием стенки формы выпол­ няются подвижными. В начале процесса стенки раздвинуты, и в образован­ ное пространство заливается мерная порция расплава. При сближении подвижных стенок происходит затвердевание сплава на стенках формы и выжимание жидкой части вверх. После совмещения стенок в образован­ ной полости окончательно формируется отливка. Данный способ широко применяется при получении протяженных тонкостенных отливок (панелей, плоскостей и т. п.) в авиационной промышленности.

4. Способы получения отливок со специальными свойствами. Неред­ ко к отливкам предъявляются противоречивые требования. Например, они должны быть одновременно прочными, твердыми и пластичными, иметь разные свойства по различным направлениям и т. п. Для обеспечения спе­ циальных свойств отливок применяют их поверхностное или объемное ар­ мирование порошками, волокнами, конструкционной арматурой, например трубками для принудительной циркуляции в будущей детали охлаждаю­ щей жидкости, обеспечивающей необходимый термический режим ее экс­ плуатации. Особое место занимают способы получения композиционных отливок, при которых в форму устанавливаются элементы детали, изготов­ ленные из разных материалов, которые объединяются в единое целое ос­ новным (матричным) сплавом, заливаемым в литейную форму.

Деление способов литья на традиционные и специальные является ус­ ловным. Так, применение внешних воздействий на расплав (например, вве­ дение дисперсных инокуляторов) может иметь место как при литье в обыч­ ные песчано-глинистые формы, так и при литье в специальные формы.

Литейное производство — одна из древнейших отраслей металлооб­ работки. Основные принципы ряда рассмотренных способов литья (на­ пример, литье в обычные песчано-глинистые формы, литье по выплавляе­ мым моделям) известны с древности. Однако большинство способов сфор­ мировалось в XX в. Процесс разработки новых способов литья продолжа­ ется, и их количество увеличивается по экспоненциальному закону.

Основные тенденции развития специальных способов литья сводятся к разработке полностью автоматизированных комплексов технологического оборудования, разработке и внедрению систем автоматизированного проек­ тирования технологии и оснастки, поиску и внедрению новых технологиче­ ских материалов, обеспечивающих повышение качества отливок, снижение их себестоимости и повышение экологической чистоты технологии.

Значительный вклад в развитие специальных способов литья внесли отечественные ученые и инженеры Г. А. Анисович, Г. Ф. Баландин, В.К Бедель, А. К. Белопухов, Г. П. Борисов, А. И. Вейник, Б. М. Ксенофонтов, Б. А. Кулаков, Н. Н. Рубцов, А. А. Рыжиков, Ю. А. Степанов, Б. С. Чуркин, В. С. Шуляк, С. Б. Юдин и др.

Содержание учебного пособия соответствует типовым программам дисциплины «Специальные способы литья» для литейных специальностей и специализаций высших учебных заведений. При написании учебного по­ собия учтен опыт авторов по проведению занятий по дисциплине «Специ­ альные способы литья» и курсового проектирования, а также производст­ венный опыт и отраслевые руководящие технические материалы.

Учебное пособие содержит 4 главы, каждая из которых посвящена отдельному способу литья (литью по выплавляемым моделям, кокильному литью, литью под давлением и литью под регулируемым газовым давлени­ ем). Главы содержат информационную и дидактическую части. В инфор­ мационной части излагаются технологические основы способа литья, тре­ бования к конструкции отливки, описание и анализ процессов формообра­ зования и формирования отливок, методы определения основных техноло­ гических параметров, описание конструкций технологического оборудова­ ния и оснастки, характерные виды литейных дефектов и методы их пре­ дотвращения. Основное внимание уделено рассмотрению физической сущности способов литья, их технологических возможностей, достоинств и недостатков, а также методам определения оптимальных технологиче­ ских параметров. В дидактической части приведены примеры выполнения технологических расчетов, вопросы и упражнения, в основном имеющие проблемный характер, а также контрольные задания.

Изучение главы следует начинать с последовательного освоения со­ держания информационной части, контролируя степень овладения мате­ риалом с помощью ответов на приведенные в главе вопросы. Перед вы­ полнением заданий необходимо ознакомиться с примерами расчетов.

Содержание учебного пособия направлено на методическое обеспе­ чение выполнения студентами курсового проектирования. В приложении приведены справочные технологические данные.

Глава 1 ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Для изготовления точных отливок с минимальными припусками на механическую обработку широко применяется литье по выплавляемым моделям (ЛВМ). Этот способ литья используется не только в машиностро­ ении, но и при изготовлении художественных и ювелирных отливок, а так­ же в ортопедической стоматологии.

1.1. Сущность и технологическая схема процесса Способ литья по выплавляемым моделям в оболочковые керамиче­ ские формы широко используется при изготовлении отливок массой от де­ сятков граммов до сотен килограммов из черных и цветных сплавов. Осо­ бенно широко он применяется для изготовления деталей из жаропрочных или специальных труднообрабатываемых сплавов. Высокие точность и ка­ чество поверхности отливок позволяют снизить припуски на механическую обработку до 0,2-0,7 мм, сократить потери металла на стружку, уменьшить потребность в металлорежущем оборудовании. Наиболее эффективно изго­ товление литья по выплавляемым моделям в серийном и массовом произ­ водстве, где успешно работают механизированные и комплексно-автомати­ зированные линии.

Технология литья по выплавляемым моделям в керамические формы имеет ряд специфических особенностей:

• модель служит для получения только одной отливки, так как выта­ пливается в процессе изготовления формы;

• металл заливают в тонкостенные неразъемные формы, получаемые путем нанесения огнеупорного покрытия на модель, сушки покрытия, уда­ ления модели и последующего прокаливания формы;

• формовочная смесь представляет собой суспензию, состоящую из наполнителя в виде мелкозернистого огнеупорного материала и связующе­ го раствора;

• применение мелкозернистых пылевидных огнеупорных материалов обеспечивает очень высокое качество поверхности отливки.

Схема изготовления по выплавляемым моделям мелких деталей в усло­ виях крупносерийного и массового производства представлена на рис. 1.1.

а б в г д е ж з

Рис. 1.1. Изготовление мелких отливок по выплавляемым моделям:

а — пресс-форма; 6 — сборка моделей на каркас-стояк; в — нанесение суспензии на модельный блок; г — обсыпка слоя суспензии кварцевым песком; д — выплавление модельного состава в горячей воде; е — прокаливание литейной формы; ж — заливка формы; з — отделение отливок от стояка Восковые модели изготавливают в многоместной пресс-форме на спе­ циальном пресс-автомате в виде звеньев (рис. 1.1, а), а затем собирают в мо­ дельный блок с общей литниковой системой (рис. 1.1,6). Далее на модель­ ный блок наносят огнеупорную суспензию (рис. 1.1, в), состоящую из свя­ зующего раствора (как правило, на основе этилсиликата) и огнеупорного по­ рошка (наполнителя). Для укрепления слоя суспензии его обсыпают также огнеупорным зернистым материалом, но более крупной фракции (рис. 1.1, г), после чего просушивают. На блок последовательно наносят несколько слоев.

В зависимости от материала модели ее удаляют из керамической обо­ лочки выплавлением (рис. 1.1, д). Оболочку’ прокаливают для удаления остат­ ков модельного состава и других органических веществ (рис. 1.1, е), а так­ же для спекания зерен огнеупорного наполнителя со связующим. Если прочность оболочки недостаточна, ее перед прокаливанием заформовывают в огнеупорный наполнитель и в таком виде после прокалки заливают сплавом (рис. 1.1, ж).

1.2. Выбор модельных составов и изготовление моделей в пресс-формах Исходные материалы. Для разовых выплавляемых моделей исполь­ зуют различные исходные материалы.

Парафин — смесь углеводородов предельного ряда с общей формулой С„Н(2^ 2 ), продукт возгонки нефти, бурого угля и горючих сланцев. Представ­ ляет собой белую массу с кристаллической структурой. Парафин придает мо­ делям пластичность и устойчивость к образованию трещин. Он является наи­ более дешевым и недефицитным компонентом модельного состава. К недо­ статкам парафина относятся невысокая прочность, склонность к размягчению и деформациям при температурах, превышающих 28 °С, вспениваемость в расплавленном состоянии. Парафин хорошо сплавляется со стеарином при температуре 70-80 °С и с буроугольным воском при 100-110 °С.

Стеарин — смесь жирных кислот, продукт переработки растительных и животных жиров. Представляет собой аморфную беловато-желтую мас­ су. Стеарин повышает теплостойкость и прочность моделей. Это дефицит­ ный и дорогой материал (в несколько раз дороже парафина). Недостатками стеарина являются взаимодействие с этилсиликатом и омыление в воде.

Буроугольный воск — смесь воска, смолы и асфальтоподобных ве­ ществ, продукт переработки битумного бурого угля. Это однородная масса темно-бурого цвета. Служит основным заменителем стеарина. Буроуголь­ ный воск обладает высокой прочностью и твердостью, значительной хруп­ костью, способствует образованию твердой блестящей поверхности моде­ ли. Недостатком буроугольного воска является его коксуемость в процессе выжигания в керамической форме при недостатке кислорода.

Церезин — смесь твердых высокомолекулярных углеводородов метано­ вого ряда, получаемая в результате переработки и очистки озокерита или петролатума. Представляет собой аморфную массу светло-желтого цвета.

Это недефицитный материал. Церезин обладает более высокой пластично­ стью и теплостойкостью, чем парафин и стеарин. Недостатки церезина — зна­ чительная линейная усадка, невысокие прочность и твердость. Церезин хо­ рошо сплавляется с парафином и стеарином при температуре 70-80 °С, с бу­ роугольным воском при 100-110 °С, с канифолью при 140 °С.

К убовы й ост ат ок крекинга парафина — смесь высокомолекулярных предельных и непредельных углеводородов. Используется как пластифика­ тор (повышает пластичность и упругость). При введении в модельный состав более 8 % кубового остатка уменьшаются его теплостойкость и прочность.

Этилцеллюлоза — разновидность простых эфиров целлюлозы. Это мел­ кокристаллический белый или светло-желтый порошок. Этилцеллюлоза применяется как пластификатор и упрочнитель парафиностеариновых со­ ставов, а также составов с канифолью и церезином. Содержание этилцеллюлозы в модельном составе не должно превышать 5 %, иначе он будет прилипать к оснастке. Этилцеллюлоза хорошо смешивается с жидким стеа­ рином, но не сплавляется с парафином.

Торф яной во ск — смесь высокомолекулярных углеводородов, продукт обработки торфа различными растворителями. По сравнению со стеарином и парафином торфяной воск обладает более высокой прочностью и тепло­ стойкостью. К недостаткам торфяного воска относятся хрупкость, повы­ шенная вязкость в расплавленном состоянии.

П о л иэт и л ен — синтетическое высокомолекулярное соединение, полу­ чаемое полимеризацией этилена (СН2-СН2)Я под давлением (120-250 МПа).

Полиэтилен увеличивает термостойкость и прочность парафина в 1,5-2 раза.

Недостатки полиэтилена — значительная усадка (до 3 %), повышенная вязкость в расплавленном состоянии, снижающая жидкотекучесть модельного состава.

Полиэтилен хорошо сплавляется со стеарином и канифолью.

Канифоль состоит в основном из смоляных кислот. Это хрупкая стек­ ловидная масса. Применяется для придания модельным составам повы­ шенной прочности и термостойкости. При большом содержании канифоли в модельном составе он приобретает хрупкость, прилипает к оснастке, утра­ чивает технологические свойства при многократном использовании.

Полист ирол — термопластичный материал, получаемый полимериза­ цией стирола. Используется не только в качестве самостоятельного мате­ риала для изготовления моделей, но и как компонент модельного состава, повышающий его теплостойкость и механическую прочность. Модели из полистирола труднее удаляются из керамических оболочек.

Пенополистирол — термопластичный материал в виде гранул, полу­ чаемый суспензионной полимеризацией стирола (СбН5- СН = СН2) в при­ сутствии летучего пенообразователя. Является исходным материалом для изготовления выжигаемых моделей.

техническая мочевина — кристаллический ма­ териал, получаемый путем нагрева аммиака и углекислого газа при темпе­ ратуре 150 °С и давлении 450 МПа. При нагреве карбамид не проходит стадию размягчения. Является основным компонентом растворяемых в во­ де модельных составов. Обеспечивает малую линейную усадку и высокую прочность моделей.

Борная кислота представляет собой блестящие чешуйки или бес­ цветные мелкие кристаллы, являющиеся компонентом растворимого в во­ де модельного состава.

Основные свойства исходных материалов представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Основные свойства исходных материалов Проч­ Ли­ Темпе­ Плот­ ность при ратура нейная Материал ность, сжатии, плавле­ усадка, кг/м3 ния, °С МПа % 0,4-0,5 Парафин технический 900-950 50-51 0,3-1,0 0,4-0,6 50-56 0,7-1,5 Стеарин дистиллированный 900-970 0,8-1,3 Буроугольный воск 1000-1030 82-90

Требования к модельным составам.

Модельные составы должны отвечать следующим требованиям:

• хорошо заполнять полости пресс-форм и четко их воспроизводить;

• не вступать во взаимодействие с материалами пресс-форм и огне­ упорных покрытий;

• не прилипать к поверхности пресс-форм, инструменту и рукам ра­ бочего;

• обладать после затвердевания прочностью и твердостью, достаточ­ ными для того, чтобы исключить повреждение моделей;

• иметь малую и стабильную усадку и соответственно малое расши­ рение при повышенных температурах, чтобы исключить растрескивание керамической оболочки;

• не выделять вредных газов при нагревании и сгорании;

• восковые составы должны сохранять свои свойства при всех техно­ логических операциях, причем при многократном использовании.

Желательно, чтобы температура плавления модельного состава была в пределах 60-100 °С, тогда его будет проще удалить из керамической оболоч­ ки. Температура начала размягчения должна превышать максимальную поло­ жительную температуру воздуха в рабочих помещениях на 10-15 °С и состав­ лять примерно 35-40 °С. В машиностроении наибольшее распространение по­ лучили модельные составы четырех групп.

К первой группе относятся модельные составы, представляющие со­ бой сплав воскоподобных материалов, содержащий в ряде случаев улуч­ шающие добавки. Основными компонентами составов этой группы явля­ ются парафин, стеарин, церезин, буроугольный и торфяной воски, слож­ ные эфиры высших кислот. В качестве добавок, повышающих пластич­ ность, прочность, теплостойкость, используют этилцеллюлозу, кубовый оста­ ток крекинга парафина, полиэтилен и др.

Во вторую группу входят модельные составы на основе натуральных и синтетических смол, термопластов (например, полиэтилена, полисти­ рола) с добавками воскообразных материалов (церезина, парафина и др.).

От составов первой группы они отличаются более высокой прочностью и теплоустойчивостью. Однако высокая температура плавления ограничи­ вает выбор технологического оборудования. Например, модели не выплав­ ляются в горячей воде.

Третья группа включает водорастворимые модельные составы на основе карбамида, азотных и азотнокислых солей щелочных металлов, по­ ливинилового спирта и других материалов, плавящихся при температуре не выше 350 °С. Эти составы обладают малой усадкой (около 0,10 %), вы­ сокой прочностью, хорошо растворяются в воде. Их недостатки — хруп­ кость и гигроскопичность.

К четвертой группе относятся выжигаемые модельные составы. Наи­ большее распространение получил вспенивающийся полистирол ПСВ-ЛД.

Плотность изготовленных из него моделей 240-300 кг/м3, прочность при изгибе 10-14 МПа, усадка 0,2-0,3 %.

Состав и свойства ряда модельных композиций приведены в табл. 1.2.

Модельные композиции первой группы (ПС 50-50, ПСЭ 70-25-5, ПБТТэ 25-35-35-5 (ВИАМ-102), ПЦПэв 67-25-7,5 (МВС-ЗА)) применя­ ются как в массовом производстве мелких стальных отливок, так и в се­ рийном производстве сложных тонкостенных отливок в автомобилестро­ ении и сельскохозяйственном машиностроении.

Наилучшими реологиче­ скими свойствами, позволяющими получать высококачественные сложные модели, обладает композиция ПС 50-50. Однако модели имеют невысокую прочность и низкую температуру размягчения (30 °С). Модельные компо­ зиции второй группы, например КбПсЦ 50-30-20, используют, как прави­ ло, для изготовления моделей ответственных отливок типа турбинных ло­ паток, колес, лопастей и т. п. Из солевых композиций третьей группы (КбНк 90-10 (МОН-ЮК), КбПвсМо 95,5-2-2,5 (МПВС)) изготовляются модели ответственного назначения и растворимые в воде стержни для по­ лучения в выплавляемых моделях сложных каналов и полостей. Компози­ ции четвертой группы применяются редко.

В марках композиций буквы обозначают следующее: П — парафин;

С — стеарин; Б — буроугольный воск; Бк — борная кислота; Бм — битум неф­ тяной; К — канифоль; Кб — карбамид; Мо — сернокислый магний; Нк — нит­ рат калия; Нн — нитрат натрия; Пвс — поливиниловый спирт; Пс — полисти­ рол; э — полиэтилен; В — вазелин; Т — торфяной пек; Ц — церезин; Э — этилцеллюлоза. Цифры обозначают массовые проценты соответствующих ве­ ществ в композиции.

При приготовлении модельных композиций первой группы их рас­ плавляют в водяных, глицериновых или масляных банях с электрическим или газовым обогревом и доводят до пастообразного состояния в установ­ ках с лопастными, поршневыми и шестеренчатыми смесителями. В каче­ стве примера можно привести установки 651 и 652А [3].

#и Г со а ёёа 7 Я 1Л о §^ Г йч ОО о» I Н

| С X I о При выполнении курсового проекта необходимо выбрать марку ком­ позиции, оборудование и обосновать технологию приготовления модельно­ го состава.

Изготовление выплавляемых моделей. Изготовление моделей вклю­ чает следующие операции: подготовка пресс-форм к работе, приготовле­ ние модельного состава, его запрессовка, выдержка модели до затвердева­ ния, открытие пресс-формы и извлечение моделей.

Подготовка пресс-форм состоит в очистке, смазке и доведении их температуры до заданной. Очистку выполняют сжатым воздухом либо чистыми техническими отходами марли, ваты или ткани. Для смазки чаще всего используют трансформаторное (или касторовое) масло, смешанное с этиловым спиртом (в соотношении 1 : 1 по массе). Пресс-формы для мо­ делей средней сложности из составов на основе парафина смазывают через 5-10 запрессовок. Температура пресс-форм для парафино-стеариновых со­ ставов поддерживается около 20-28 °С. При более низкой температуре в моделях возникают значительные напряжения, вызывающие их коробле­ ние и образование трещин.

Чаще всего модели получают запрессовкой состава в пастообразном состоянии. В модельный состав замешивается около 10 % (по объему) воз­ духа, который, расширяясь после снятия давления, способствует более точному воспроизведению моделью рабочей полости пресс-формы.

В мелкосерийном производстве запрессовку осуществляют с помощью специальных шприцев. В массовом производстве применяют механизиро­ ванные установки для запрессовки модельного состава, например установ­ ки 653, 6А50 и 6А54. Их подразделяют на пневматические, механические и гидравлические.

Модельный состав подается к устройству для запрессовки в пневма­ тических установках поршнем, в механических — шестеренчатым насосом и в гидравлических — давлением воды на резиновую емкость, заполненную модельным составом. Пневматические и гидравлические установки при­ годны для парафино-стеариновых модельных составов. Механические ус­ тановки с запрессовкой модельного состава шестеренчатым насосом ис­ пользуют для вязких модельных составов, содержащих буроугольный, торфяной воски и другие добавки.

После извлечения из пресс-формы модели помещают в водяные ван­ ны или специальные шкафы, где они должны остыть, чтобы произошла их окончательная усадка. Водяные ванны могут выполнять функции транс­ портера для передачи моделей на место сборки.

Модель должна точно воспроизводить конфигурацию отливки, по­ этому на ее поверхностях не допускаются заусенцы, трещины, воздушные раковины (вздутия), коробление и т. д. Все дефекты удаляют с помощью марлевых тампонов или сжатым воздухом. Затем модели передают на сборку модельных блоков.

В помещениях, где изготовляют и хранят модели, температуру и влаж­ ность поддерживают постоянными (подается кондиционированный воздух).

Сборка моделей в блоки. Литьем по выплавляемым моделям изго­ товляют в основном мелкие отливки, которые объединяют в блоки. Для этого несколько моделей присоединяют к одной литниковой системе и по­ лучают блок моделей. Тип и форма блока моделей зависят от конфигура­ ции отливок и свойств заливаемого сплава.

В единичном и мелкосерийном производстве модели припаивают на­ гретой пластинкой к трубке, покрытой слоем модельного состава. Чем боль­ ше в блоке моделей, тем выше производительность данного способа литья.

В крупносерийном производстве в одной пресс-форме одновременно получают несколько моделей (звено моделей). Затем звенья собирают на металлических стояках-каркасах в блоки. На стояк одевают модель литни­ ковой воронки, нанизывают звенья моделей и снизу одевают модель зумп­ фа. Внутренний диаметр кольцевых коллекторов модельных звеньев не­ сколько больше наружного диаметра стояка-каркаса.

Пресс-формы. Пресс-форма — это инструмент для изготовления мо­ дели. От точности модели зависит точность размеров полости формы и со­ ответственно размеров отливки. Поэтому главное требование к пресс-фор­ ме заключается в том, чтобы в ней можно было получить модели отливки с заданной точностью размеров и шероховатостью поверхности.

Точность размеров модели и качество воспроизведения ее конфигу­ рации зависят от точности размеров полости пресс-формы и ее конструк­ ции. Чем меньше разъемов имеет пресс-форма, тем выше точность модели.

Поэтому всегда стремятся делать минимальное число разъемов. Однако для получения сложных моделей приходится делать несколько разъемов, чтобы модель можно было извлечь из пресс-формы.

Для хорошего заполнения полости пресс-формы модельным соста­ вом она должна иметь соответствующую литниковую систему, а для уда­ ления воздуха из полости пресс-формы при заполнении ее модельным со­ ставом — вентиляционную систему.

Конструкция пресс-формы должна быть такой, чтобы модель можно было легко и быстро, без деформаций и повреждений извлечь из рабочей полости пресс-формы.

Большинство модельных составов имеют низкую теплопроводность, а потому медленно охлаждаются в пресс-форме. Пресс-форма должна обеспечить достаточную скорость охлаждения. Это достигается устройст­ вом в ней системы охлаждения водой или другими теплоносителями. Та­ кие пресс-формы часто используют в массовом производстве, где важно обеспечить высокую производительность оборудования. Для получения по одной пресс-форме достаточного количества качественных моделей она должна обладать необходимой долговечностью. Наконец, пресс-форма должна иметь такую конструкцию, чтобы ее можно было просто и быстро изготовить, а материалы для нее были недефицитными.

По конструкции и методам изготовления обычно различают пресс-фор­ мы для единичного и мелкосерийного, серийного и массового производства.

В единичном, мелкосерийном производстве применяют пресс-формы из гипса, дерева и пластмассы. Такие пресс-формы просты в изготовлении, по­ зволяют получать достаточно точные модели, но долговечность их невелика.

В гипсовых пресс-формах можно получить до 200 съемов, в деревянных — до 50-100. В дальнейшем точность моделей снижается из-за изнашивания цен­ трирующих элементов, отъемных частей, стержней. Пресс-формы изготов­ ляют с одной рабочей полостью (гнездом), т. е. для получения одной модели.

Конструкцию пресс-формы упрощают уменьшением числа (или исключени­ ем) вспомогательных элементов и механизмов. Сборку, установку стержней, разборку пресс-формы и удаление моделей выполняют вручную.

В серийном производст ве пресс-формы изготовляют из стали и алю­ миниевых сплавов. Детали пресс-формы получают обработкой резанием.

Как правило, пресс-формы имеют горизонтальную поверхность разъема, что обусловлено удобством извлечения моделей, так как сборку, разборку, извлечение и съем моделей выполняют вручную.

В м ассовом производст ве для моделей сложной конфигурации при­ меняются стальные пресс-формы. Простые детали пресс-формы изготов­ ляют обработкой резанием, сложные — литьем с последующей доводкой обработкой резанием, шлифованием. Перемещение стержней, матриц и за­ пирание пресс-форм осуществляются реечными, винтовыми, пневматиче­ скими механизмами. Пресс-формы, как правило, выполняют с вертикаль­ ным разъемом.

В матрицах монтируют сменные вкладыши с формообразующими полостями, что удлиняет продолжительность эксплуатации пресс-формы.

Для сокращения длительности цикла изготовления модели в стенках прессформ выполняют каналы водяного охлаждения. Полости сложной конфи­ гурации, глухие карманы пресс-форм вентилируют с помощью узких кана­ лов по разъему или по стержням.

Матрицы и вставки, оформляющие рабочие полости, изготовляют из стали 35, стали 45, стали 40Х; стержни, выталкиватели, литниковые втулкииз стали У8 А; плиты выталкивателей, стойки, основания — из стали 35.

Стержни, оформляющие отверстия, оси которых перпендикулярны к плоскости разъема пресс-формы, чаще всего делают неподвижными. От­ верстия, оси которых расположены параллельно или под углом к плоскос­ ти разъема, выполняют подвижными стержнями. Стержни, расположенные под углом к плоскости разъема, усложняют механизмы для их удаления и конструкцию пресс-формы в целом.

Для перемещения подвижных стержней применяют копирные меха­ низмы, механизмы с зубчатыми передачами, наклонным пальцем с винто­ выми канавками. Такие механизмы позволяют перемещать стержни на лю­ бую длину хода и развивать значительные усилия при удалении стержней.

Однако эти механизмы увеличивают габаритные размеры пресс-формы.

Размеры рабочей полости пресс-формы рассчитывают с учетом усад­ ки модельного состава, расширения керамической формы при прокалива­ нии и заливке, а также усадки металла отливки.

Шероховатость поверхности рабочей полости пресс-формы должна быть в пределах Еа = 0,04-0,16 мкм. Меньшая шероховатость поверхности повышает стоимость изготовления пресс-формы, но практически не улуч­ шает качества поверхности отливки.

1.3. Обоснование технологии изготовления литейных форм Основу литейной формы при ЛВМ составляет керамическая обо­ лочка, получаемая путем погружения модельного блока в суспензию. По­ сле погружения блок извлекают и, как только стекут излишки суспензии, проводят его обсыпку огнеупорным материалом. Эту операцию повторя­ ют многократно, нанося от 3 до 8 слоев.

Огнеупорные и связующие материалы. Для изготовления оболоч­ ковой керамической формы используют огнеупорные материалы — мелко­ дисперсную основу суспензии, обсыпку и опорный материал.

Общие требования к огнеупорным материалам для оболочковых форм следующие: высокая огнеупорность (как правило, не ниже 1500 °С);

низкий коэффициент термического линейного расширения (КТЛР); отсут­ ствие полиморфных превращений при нагревании и охлаждении; химиче­ ская стойкость при нагревании и др.

Огнеупорные материалы различаются по размерам зерен. Обычно в суспензию вводят мелкозернистые огнеупоры с размером фракции 0,005мм. Для обсыпки используют зернистые огнеупоры фракций 0,2мм для первого и второго слоев покрытия; 0,3-0,5 мм — для последую­ щих слоев. В качестве опорного материала применяют огнеупоры более крупных фракций, крошку размером зерен 1-3 мм.

В качестве огнеупорного наполнителя в суспензии чаще всего ис­ пользуют пылевидный кварц (природный или искусственный маршаллит).

Высокое качество оболочек обеспечивает применение в качестве свя­ зующего растворов этилсиликата, из которых в оболочке образуется аморф­ ный диоксид кремния.

Этилсиликат (ЭТС)- прозрачная или слабоокрашенная жидкость с запахом эфира, являющаяся продуктом реакции этилового спирта с четы­ реххлористым кремнием при температуре 300-500 °С и непрерывном их перемешивании и охлаждении в реакторе.

Реакция этерификации (эфиризации) может быть схематически представлена следующим уравнением (если применяют обезвоженный спирт):

Б!С14 +4С2Н5ОН —! (С2Н5 )481 + 4НС1, — 0

где (С2Н50)481 — этиловый эфир ортокремниевой кислоты с температу­ рой кипения 165,5 °С, называемый также тетраэтоксисиланом или моноэфиром. Группа С2Н5О называется этоксильной группой.

Технический этилсиликат не содержит двуокиси кремния (8 Ю2), но, так как 8 Ю2 — собственно связующее оболочки, условное процентное ко­ личество его в ЭТС указывается цифрами в обозначении марки продукта.

Отечественная химическая промышленность широко выпускает этилсиликат марок ЭТС 32 и ЭТС 40, а также готовые этилсиликатные связующие ма­ рок ГС20Э, ГС12Э и ГС12И (цифры означают условное содержание в свя­ зующем 8 Ю2, буква Э — то, что связующее приготовлено на этиловом спир­ те, И — на изопропиловом спирте).

При приготовлении связующих из этилсиликата применяют органи­ ческие растворители. Наиболее широко используют этиловый спирт, а так­ же ацетон.

В связующие растворы и суспензии вводят добавки для регулирова­ ния их свойств. Соляная кислота НС1 — катализатор гидролиза — повышает скорость и полноту протекания процесса гидролиза этилсиликата, способ­ ствует увеличению прочности формы, так же действует азотная кислота.

Серная кислота Н2804 чаще всего вводится в раствор при гидролизе ЭТС для нейтрализации органических примесей и химического связывания Ре в сульфаты (в песках, маршаллите, пылевидном кварце).

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) ДС-РАС, сульфанол и др.

вводят в растворы при гидролизе ЭТС без органических растворителей (0,05-0,1 % масс.) с целью понижения межфазной энергии (ЭТС и воды), а также улучшения смачивания суспензией поверхностей моделей.

Приготовление связующих растворов. Строение молекул ЭТС 32 и ЭТС 40 линейное, и они не могут быть связующими. Для получения свя­ зующих растворов их необходимо гидролизовать.

Сущность гидролиза ЭТС состоит в том, что в процессе его химиче­ ской реакции с водой этоксильные группы С2Н5 замещаются на гидро­ ксильные ОН. В результате реакции гидролиза получают растворы кремнийорганических соединений и кремнекислот (золи), из которых при суш­ ке и прокаливании форм выделяется собственно связующее 8 Ю2, соеди­ няющее зерна огнеупорной основы суспензии.

Трудность проведения гидролиза состоит в том, что ЭТС и вода вза­ имно не растворяются. Поэтому, как правило, при реакции гидролиза ЭТС применяют органические растворители — спирты, которые растворяют и ЭТС, и воду. Растворители удаляются при сушке и прокаливании форм.

Реакция гидролиза может осуществляться любым количеством воды и протекает с выделением тепла (АН 0), т. е. является экзотермической.

Для образования кремниевых кислот необходимо, чтобы в ЭТС 32 на 1 моль моноэфира приходилось 2 моль воды, а в ЭТС 40 на 1 этоксильную группу — 0,5 моль воды. Такое количество воды принято считать стехио­ метрической нормой.

В зависимости от количества воды при гидролизе получают различ­ ные по составу, физико-химическим и технологическим свойствам свя­ зующие растворы, от которых зависят свойства оболочковых керамиче­ ских форм и условия их сушки.

При гидролизе получают растворы трех различных типов: при малом количестве воды- истинный (гомогенный), при среднем- смешанный, при большом — коллоидный раствор кремнекислот.

Растворы типа- истинные (гомогенные)- создают пленки свя­ зующего, которые высыхают на воздухе медленно и обратимо, т. е. способ­ ны набухать при нанесении следующего слоя суспензии. Раствор легко гид­ ролизуется влажным аммиаком с образованием геля кремнекислоты. Коли­ чество Si02 в растворе составляет 20 % и более. Твердение оболочек необ­ ратимо. Оболочки имеют высокую прочность (прочность при изгибе со­ ставляет 8-10 МПа). Воды для гидролиза берется в 2 раза меньше стехио­ метрической нормы. Пленки таких связующих на воздухе полностью не от­ верждаются. Поэтому сушку проводят в атмосфере влажного аммиака.

Сушка осуществляется достаточно быстро (в течение 30-40 мин). Однако этот процесс с экологической точки зрения не является предпочтительным.

Растворы II типа — смесь гомогенных и коллоидных растворов создают оболочки, которые упрочняются и высыхают за более длительное время, чем при гидролизе большим количеством воды. Содержание Si02 в растворе составляет от 12 до 18 %. Для сушки требуется повышенная влажность воздуха, чтобы процессы гидролиза и поликонденсации были завершены. Длительность сушки слоя — 3— ч. Прочность при изгибе со­ ставляет 6-7 МПа. Воды для гидролиза используется в 1,1-1,4 раза больше стехиометрической нормы.

Растворы IIIтипа- коллоидные (золи кремниевой кислоты) — по­ зволяют сушить оболочки в сухом воздухе за 2— ч. Стойкость гидролизо­ ванного раствора невысокая. Прочность оболочки невелика (2,5— МПа).

Гидролиз проводят количеством воды, в 1,5-2 раза превышающим стехио­ метрическую норму. Количество Si02 в растворе составляет 10-12 %.

Таким образом, свойства оболочковых керамических форм и режимы сушки существенно зависят от количества воды, принятого для гидролиза ЭТС. На практике наибольшее применение находят растворы И типа.

Расчет количества компонентов для гидролиза ЭТС. Исходными данными для расчета количества материалов, необходимых для гидролиза, являются требуемый тип раствора, его устойчивость, условия сушки формы, характеристики исходного ЭТС, разбавителя-растворителя и катализатора.

При расчете необходимо определить количество воды для гидролиза, рас­ творителя и соляной кислоты. Расчет можно вести по номограмме (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Номограмма для определения количества растворителя, воды и соляной кислоты для получения связующего из 1 кг ЭТС Для определения требуемого количества воды Н на оси абсцисс нахо­ дят точку, соответствующую содержанию Si02 в ЭТС, и от нее проводят вер­ тикальную линию до пересечения с необходимой областью «Вода» (в зависи­ мости от требуемого типа раствора). Из точки в выбранной области «Вода»

проводят горизонталь до пересечения с левой вертикальной осью, на которой указано требуемое количество воды. Область 1 соответствует растворам I ти­ па, область 2 — растворам II типа, область 3 — растворам III типа.

Для определения количества растворителя Р на диаграмме по гори­ зонтальной оси Si02 находят точку, соответствующую содержанию Si02 в данной партии ЭТС, и от нее проводят вертикальную линию до пересе­ чения с одной из линий «Растворитель». Из точки пересечения проводят горизонталь до правой вертикальной оси, на которой обозначено требуе­ мое количество растворителя Р.

При нахождении количества катализатора Я от точки пересечения вертикальной линии, по которой определили необходимое количество во­ ды, с линией «Соляная кислота» проводят вправо горизонталь. Точка пере­ сечения с вертикальной осью справа указывает на количество соляной ки­ слоты плотностью 1190 кг/м3 в миллилитрах.

При расчетах необходимо учесть содержание воды в растворителе и катализаторе и скорректировать ее количество для гидролиза.

Количество воды, вносимое с разбавителем-растворителем (этило­ вым спиртом), определяется следующим образом:

где Л\ — содержание воды в спирте, % масс. (табл. 1.3);

р! — плотность спирта, кг/м3.

Количество воды, вносимое с катализатором — концентрированной соляной кислотой (ГОСТ 3118-77), определяется по формуле

Н2_ 100 где А2- содержание воды в соляной кислоте, % масс. (табл. 1.4);

р2 — плотность соляной кислоты, кг/м3.

Количество воды для гидролиза равно (Н — Н] — Н2).

3,2 98,0 803,3 96,8 2,0 5,5 3,5 806,6 94,5 96,45 4,0 96,0 811,7 93,9 6,1 94,4 8,5 5,6 813,8 91,5 9,0 819,6 91,0 94,0 6,0 825,0 87,3 91,2 12,7 8,8 14,3 833,6 85,7 90,0 1 0,0 840,0 83,1 16,9 1 2,0 8 8,0 19,3 846,2 80,7 14,0 8 6,0 78,2 16,0 852,1 84,0 2 1,8 82,0 24,1 18,0 857,9 75,9 863,5 73,5 80,0 26,5 2 0,0 869,0 71,2 78,0 28,8 2 2,0

Гидролиз проводят однофазным или совмещенным способом. При однофазном способе, который является предпочтительным, в аппарат для гидролиза (гидролизер) наливают растворитель, воду и соляную кислоту.

После перемешивания в течение 1-2 мин постепенно вводят этилсиликат, продолжая перемешивание. При совмещенном способе процесс гидролиза совмещается с процессом приготовления суспензии.

Приготовление суспензии, формирование оболочки и подготовка ее к заливке сплавом. Процесс приготовления суспензии заключается в пе­ ремешивании связующего раствора с пылевидной составляющей (маршаллитом), с тем чтобы обеспечить смачивание связующим каждой пылевид­ ной частицы. Соотношение твердой и жидкой фаз в суспензии составляет 70 : 30 % (масс.). Для приготовления суспензии обычно используется уста­ новка периодического действия 661 и автоматический агрегат [7].

Огнеупорное покрытие наносят на модель путем однократного по­ гружения в суспензию или двух-, трехкратного погружения с интервалами 10-25 с для сушки очередного слоя на воздухе. Температура суспензии должна быть 22 ± 3 °С. Модельный блок после последнего погружения в суспензию обсыпают зернистым огнеупорным материалом (песком с зер­ нистостью от 015 до 03). Для этого используют пескосыпы различных кон­ струкций, например моделей 6А63 и 6А67.

Для формирования керамической оболочки на ЭТС существуют сле­ дующие способы сушки каждого слоя огнеупорного покрытия: воздушная, воздушно-аммиачная и вакуумно-аммиачная.

(Зуть сушки нанесенного слоя суспензии состоит в удалении раствори­ теля из связующего и обеспечении в нем перехода золь — студень — гель.

При этом концентрация Si02 в суспензии увеличивается и скорость про­ цесса перехода возрастает.

Модельный состав из керамических оболочек удаляется выплавлени­ ем. Легкоплавкие модели выплавляют в горячей воде, в расплавленном модельном составе той же марки, горячим воздухом в камерных электри­ ческих печах, в паровой камере, в бойлерклавах.

Удаление моделей в горячей воде обычно производят в специаль­ ных емкостях при температуре 96-98 °С. Возврат модельного состава со­ ставляет 90-95 %. Керамические оболочки после удаления моделей под­ сушивают на воздухе не менее 3 ч или в сушильном шкафу при 110— °С 150 в течение 1 — 2 ч.

Удаление моделей в расплавленном и перегретом (на 30-40 °С) мо­ дельном составе той же марки обеспечивает некоторое упрочение оболо­ чек, но при этом увеличивается расход модельного состава (возврат со­ ставляет менее 70 %).

Выплавление модельного состава горячим воздухом производят в спе­ циальных установках при температуре 120-200 °С в течение 10-20 мин. Воз­ врат модельного состава равен 80-90 %. При использовании камерных су­ шил удаление моделей продолжается 6 — 8 ч при температуре 110-120 °С.

Наиболее высокое качество форм обеспечивает вытопка восковых моделей в бойлерклавах в перегретом водяном паре с температурой 180С и давлением 3-4 атм. За счет высокой скорости процесса резко сни­ жается вероятность образования в формах трещин.

После удаления модельного состава формооболочку готовят к залив­ ке металлом. Перед этим для удаления остатков модельного состава и орга­ нических составляющих связующего формы прокаливают в электрических, газовых проходных или камерных печах при 900-1000 °С в течение не­ скольких часов.

Если прочность оболочки недостаточно высока, чтобы исключить разрушение при заливке, ее заформовывают в опоки из жаростойкой стали и засыпают опорным наполнителем (кварцевым песком, отходами керами­ ческих форм после выбивки отливок, боем шамота и др.). Иногда исполь­ зуют текучие смеси на основе цемента и жидкого стекла.

Наименьшей энергоемкостью и большей производительностью от­ личается прокалка форм без опорного наполнителя.

Для плавки сплава могут быть использованы любые плавильные аг­ регаты, которые обеспечивают его требуемое качество и отвечают услови­ ям производства. Наибольшее применение нашли индукционные тигель­ ные печи.

Температура форм перед заливкой зависит от толщины стенок и матери­ ала отливки. Обычно расплав заливают в горячие формы (750-900 °С) сразу после их прокаливания. Стали и жаропрочные сплавы для тонкостенных отли­ вок заливают при температуре 1520-1600 °С, медные сплавы — при 930С, алюминиевые сплавы — при 700-800 °С. При изготовлении отливок с массивными стенками расплав заливают в формы, охлажденные до 2 0 0 С, что способствует улучшению структуры отливок.

1.4. Проектирование технологического процесса Исходными данными при проектировании технологического процес­ са изготовления отливок являются программа их выпуска, чертежи дета­ лей, технические условия, определяющие требования к их качеству, и др.

Анализ технологичности конструкции отливки. Проектирование технологического процесса начинают с анализа технологичности конструк­ ции отливки, возможности и целесообразности ее изготовления тем или иным способом литья. Анализ технологичности конструкции отливки заклю­ чается в установлении ее соответствия требованиям литейной технологии с учетом последующей технологии обработки резанием и сборки. На этом этапе изучают чертеж детали, технические условия, определяющие требова­ ния к показателям ее качества, а также особые условия производства.

Сплавы и металлы для изготовления отливок в оболочковых керами­ ческих формах могут быть самыми различными. Наиболее эффективно ли­ тье по выплавляемым моделям труднообрабатываемых резанием сплавов, сплавов с особыми свойствами и структурой. Однако максимальное при­ ближение конфигурации отливки к готовой детали, малые припуски на об­ работку резанием делают эффективным литье в оболочковые керамиче­ ские формы по выплавляемым моделям углеродистых и легированных ста­ лей, медных и алюминиевых сплавов, чугуна.

Габаритные размеры и масса отливок различны. Литьем в оболоч­ ковые керамические формы по выплавляемым моделям изготовляют от­ ливки массой от нескольких граммов до 300 кг. По размерам отливки мо­ гут быть от нескольких миллиметров до 1 м. Наиболее часто толщина сте­ нок отливок составляет 2-5 мм, протяженность — 20-100 мм и более.

Минимальная толщина стенки определяется не только заполняемостью формы сплавом, но и требованиями прочности и жесткости модели, по которой изготовляется форма. Обычно минимальная толщина стенки отливки составляет 1-2 мм при площади поверхности не более 75 * 75 мм2.

Плоские тонкие стенки могут быть получены в отливке лишь при опреде­ ленной площади. Плоские и тонкие стенки большой площади не заполня­ ются, или искажается плоскость вследствие деформаций формы. В этом случае вместо плоской стенки целесообразно выполнять искривленную стенку или для придания жесткости модели предусматривать отверстия в стенках отливки диаметром 10-20 мм. При толщине стенки 4-6 мм вотливках может возникать осевая пористость. Поэтому для увеличения проч­ ности отливки лучше не увеличивать толщину стенок, а снабжать их реб­ рами. Ребра увеличивают жесткость модели и улучшают заполняемость формы сплавом.

М инимальны е отверстия диаметром 0,5 мм можно получить в стен­ ках толщиной 1 мм в отливках из цветных сплавов; в отливках из стали минимальный диаметр отверстия, равный 1,5 мм, можно выполнить в стен­ ке толщиной примерно 1,5 мм. Отверстия диаметром до 6 мм можно полу­ чать без применения стержней лишь при их глубине, меньшей 1 2 мм.

Можно изготовить отливки со значительно различающимися по толщине стенками, когда тонкая стенка примыкает к более массивной.

Соот нош ение толщин ст енок допускается не более 1 :4. Отливки могут иметь массивные узлы, но необходимо продумывать возможность питания этих узлов при затвердевании. Для этого массивный узел присое­ диняют через питатель к стояку (при изготовлении мелких и средних по массе отливок) или используют прибыли (в крупных отливках). Направ­ ленное затвердевание крупных отливок часто обеспечивается технологиче­ скими напусками, которые назначает технолог при разработке технологи­ ческого процесса.

При проектировании пресс-форм следует иметь в виду, что модель из пресс-формы должна извлекаться без разрушения. Поэтому на стенках пресс-форм необходимо назначать уклоны. Если вертикальные стенки от­ ливок обрабатываются, уклоны следует назначать всегда в «плюс»; такие же уклоны должны быть предусмотрены на тонкостенных отливках с тол­ щиной стенок менее 5 мм. При большей толщине стенок (5-10 мм) уклоны должны быть назначены в «плюс-минус», на отливках с толщиной стенок более 10 мм — только в «минус». Величина уклонов зависит от материала пресс-формы. В отдельных случаях, когда требуется получить в отливке необрабатываемые полости, уклоны не назначаются.

С о п р я ж е н и я ст енок в отливках могут быть различны (сопряжения двух, трех, четырех стенок под разными углами). Всегда необходимо обес­ печивать плавность перехода от одной стенки к другой, назначать радиусы скруглений, галтели. При этом следует пользоваться рядом предпочти­ тельных значений радиусов: 1, 2, 3, 5, 8, 10 мм и т. д.

Радиус галтели внутреннего угла, образованного двумя стенками от­ ливки, равен Я = 2Т, где Т — толщина тонкой стенки.

Если в отливке сопряжены три стенки, то радиусы скруглений опре­ деляются аналогично предыдущему случаю. Сопряжения четырех стенок необходимо рассредоточивать, чтобы не создавать тепловых узлов.

Целесообразно ограничивать глубину пазов, полостей и отверстий.

Ширина паза либо расстояние между выступами или ребрами должны 1 удовлетворять условию 2 где Я — глубина паза либо высота ребра или выступа.

Внутренние полости должны иметь несколько выходов для обеспе­ чения устойчивого положения в форме внутренней оболочки, оформляю­ щей полость. При этом выходные отверстия должны иметь размеры, до­ статочные для внутренней оболочки и очистки полости отливки.

Бобышки упрочняют стенку в местах расположения отверстий под крепежные элементы. Высоту бобышек следует назначать в зависимости от диаметра отверстия или толщины стенки: Ир = 4 — 6 с 1 или Ир ^ 2,5/0, где И — высота стенки вместе с бобышкой;

р диаметр отверстия; / 0 — толщина стенки. Бобышки располагают на внешних поверхностях отливок, что не усложняет конструкцию пресс-форм.

Целесообразно, чтобы конструкция отливки и выбранная плоскость разъема пресс-формы обеспечивали изготовление модели в простой разъ­ емной пресс-форме без применения сложных стержней.

В результате анализа технологичности конструкции детали технолог оценивает принципиальную возможность изготовления отливки по выплав­ ляемым моделям и определяет, какие изменения при необходимости следует внести в конструкцию детали для повышения уровня ее технологичности.

Предложения технолога должны быть согласованы с конструктором детали.

Разработка чертежа отливки. Разработка чертежа отливки вклю­ чает выбор положения отливки при заливке, назначение припусков на об­ работку резанием, уклонов, допусков на размеры по ГОСТ 26645-85 в со­ ответствии с классом точности отливки.

Назначение поверхности разъема. Обычно разъемной выполняется только пресс-форма. Поэтому вопрос о назначении поверхности (плоскости) разъема решается совместно с проработкой конструкции пресс-формы. Вы­ бор поверхности разъема должен обеспечивать удобство извлечения моделей из формообразующей полости, минимальное количество стержней (подвиж­ ных и неподвижных). Экономичнее вариант, когда в пресс-форме использу­ ют только неподвижные стержни, а также плоскую поверхность разъема.

Припуски на обработку резанием. Припуски назначают в зависи­ мости от требований к точности отливки и от ее размеров в соответствии с ГОСТ 26645-85. По табл. 1, 5 и 6 приложения определяют допуски на ли­ нейные размеры, степень точности поверхностей и ряд припусков, по табл. 2 — припуски на механическую обработку в зависимости от допуска на линейные размеры и ряда припусков. Обычно припуски находятся в пре­ делах 0,5-3 мм. Припуски на обработку резанием изображают сплошной тонкой линией. Величину припуска указывают соответствующей цифрой на размерной линии обрабатываемой поверхности.

Выбор места подвода расплава и конструкции литниково-питающей системы (ЛПС). Литниковая система при ЛВМ, в отличие от обыч­ ных способов литья, как правило, должна обеспечивать непрерывное пита­ ние затвердевающей отливки. Необходимо, чтобы конструкция и размеры

ЛПС обеспечивали удовлетворение следующих требований:

• заполнение формы за оптимальное время;

• осуществление питания отливки в процессе затвердевания сплава;

• улавливание неметаллических включений;

• получение точных по размерам и конфигурации отливок без по­ верхностных дефектов;

• технологичность блока моделей и отливок на всех операциях техно­ логического процесса вплоть до отрезки отливок от литниковой системы;

• наибольший выход годного.

Выбор места подвода сплава осуществляют в зависимости от типа литниково-питающей системы. Различают три типа ЛПС (рис. 1.3).

ЛПС Iтипа применяют при изготовлении отливок массой до 1,5 кг.

Блок моделей можно собирать из отдельных звеньев (рис. 1.3, а), вклю­ чающих модели стояка, питателя и самой отливки и монтируемых на ме­ таллическом стояке. В этом случае стояк служит центральным элементом при сборке моделей и прибылью для питания отливок. При изготовлении тонкостенных отливок, модели которых могут деформироваться, стояк яв­ ляется опорным элементом (рис. 1.3, б — г). Сборку такого блока моделей осуществляют с помощью пайки. При конструировании блока моделей кроме его компактности необходимо обеспечить удобство припаивания мо­ делей к стояку и коллекторам, отделение отливок от литников, возмож­ ность нанесения равномерных по толщине слоев суспензии, а также обсып­ ки и сушки формы.

Рис. 1.3. Типы литниково-питаюицих систем:

а — сплошной вертикальный стояк; б — полый вертикальный стояк; в — вертикальные коллекторы; г — лучевой двухъярусный стояк: д — стояк в комбинации с местной прибылью; е — щелевой питатель; ж — горизонтальный коллектор; з — гребной винт;

и — турбоколесо; к — цельнолитой ротор Модели следует размещать на расстояниях, исключающих взаимное тепловое воздействие отливок друг на друга. Обычно минимальное рас­ стояние между отливками принимают равным 8-10 мм, а расстояние меж­ ду ярусами отливок- 10-15 мм. Расстояние от нижней части зумпфа до нижнего яруса отливок принимают равным 30-40 мм. Для обеспечения за­ полняемое™ форм расстояние от верха литниковой воронки до верхнего яруса отливок для тонкостенных стальных отливок принимают равным 110-120 мм, а для простых отливок с толщиной стенки 2 мм и более — 60-70 мм.

Расплав подводится в массивные узлы отливок. Литниковая система не име­ ет питающих элементов — прибылей, так как отливка питается от стояка;

также отсутствуют элементы, регламентирующие скорость заливки и удер­ живающие шлак и оксиды.

ЛПС II типа (рис. 1.3, д — ж) применяют для изготовления отливок сложной конфигурации и ответственного назначения, тонкостенных, а так­ же средней и большой массы из легированных сталей. Литниковая система представляет собой стояк в сочетании с местными (рассредоточенными) прибылями. Такая литниковая система позволяет регулировать скорость заполнения формы с помощью суженного сечения.

ЛПС III типа (рис. 1.3, з — к) применяют при изготовлении отливок типа крыльчаток, колес, гребных винтов, имеющих тонкостенные лопасти и массивную центральную часть, питаемую прибылью. Заливка металла ведется через прибыль.

Главное при разработке ЛПС — обеспечить последовательное запол­ нение керамической формы расплавом и направленное затвердевание и пи­ тание отливки при усадке.

Расчет литниково-пит ающ ей системы. Для расчета размеров элементов ЛПС 1 типа используется разработанный М. Л. Хенкиным спо­ соб, основанный на соблюдении принципа направленного затвердева­ ния [3].

Исходными данными для расчета являются модуль охлаждения мас­ сивного узла отливки и его масса. В основе расчета элементов лежит усло­ вие направленного затвердевания от наиболее тонких частей отливки через ее массивные узлы к прибыли, которая должна затвердевать последней.

Роль прибыли играет стояк. Для определения параметров ЛПС I типа при­ меняется принцип непрерывного увеличения приведенной толщины от удаленных тонкостенных участков отливки к прибыли. Приведенная тол­ щина стенки отливки, или модуль охлаждения, где V — объем тела;

5 — поверхность охлаждения, дает возможность оценить относительную продолжительность затвердева­ ния различных по форме отливок и элементов ЛПС.

Используют также понятие приведенной толщины сечения

ментов, например стояков, коротких элементов типа шеек прибылей и пи­ тателей, у которых отсутствует отдача теплоты с торцевых сторон. Разби­ вая сложную отливку и ЛПС на конструктивные элементы, которые так или иначе приближаются к пластине, брусу или компактному телу, и пре­ небрегая взаимным обогревающим влиянием этих элементов в период за­ твердевания, с помощью метода приведенных толщин оценивают последо­ вательность затвердевания элементов.

Сечение стояка ЛПС 1типа определяют исходя из рационального размещения отливок. Рекомендуются стояки диаметром с/с = 25-65 мм.

При определении диаметра стояка, учитывая незначительное влияние тор­ цевых участков, в расчет принимают приведенную толщину сечения /?с = Р с/Рс, где Р с и Рс- площадь сечения стояка и его периметр.

» » Приведенная толщина питателя рассчитывается по эмпирической формуле где Лп = /УЛ, — приведенная толщина сечения питателя, мм;

к — коэффициент пропорциональности, который определен эмпири­ чески, к = 11;

Яу = Гу/Зу — приведенная толщина теплового узла отливки, мм;

то п- масса отливки, кг;

т /„ — длина питателя, мм.

Наиболее часто выбирают питатели круглого или прямоугольного сечения. Диаметр круглого питателя определяют по формуле й п = 4ДП При.

применении прямоугольного питателя назначают один из размеров прямо­ угольника, например толщину питателя а, а значение другого размера (ширины питателя в) вычисляют по формуле

Длина питателя назначается минимально достаточной для отрезки отливок от литников, обычно /п = 5-12 мм.

Пример 1 Рассчитать литниково-питающую систему для отливки «Цилиндр»

из стали ЗОЛ массой 0,18 кг. Диаметр отливки Оу = 20 мм, длина отливки /у = 35 мм.

Приведенная толщина теплового узла равна

где к — эмпирический коэффициент, равный 1,4 для углеродистой и низ­ колегированной стали, 1,6 для среднелегированной стали и 1,8 для высоколегированной стали.

При расчете размеров прибыли учитывают дистанцию ее действия /?. Величину Н можно определить по формуле

где к\ — эмпирический коэффициент, равный 4,5-5 для углеродистой и низколегированной стали, 3-4 для среднелегированной стали и 2 для высоколегированной стали.

Число прибылей У, устанавливаемых по верхнему периметру отлив­ ки П, определяют по формуле

Как правило, тонкие стенки отливок располагают вертикально, а ме­ талл подводят в полость формы в прибыль и снизу (см. рис. 1.3, д). Про­ верку правильности назначения размеров каналов ЛПС ведут гидравличе­ ским методом. Площадь суженного сечения определяют по формуле ( 1.1) где / сс- площадь суженного сечения, см2;

р — плотность жидкого металла, г/см3;

р — коэффициент расхода; р = 0,8 — 0,9 без учета энергии струи, с уче­ том энергии струи расплава из ковша р = 1,4-1,5;

Нр- расчетный напор столба металла в узком сечении, см;

— массовая скорость заливки, кг/с.

где к — коэффициент, зависящий от способа подвода расплава в полость формы: для верхнего подвода = 0,05, для бокового подвода =0,06, для нижнего подвода = 0,08;

м с — наибольшая протяженность тонкой стенки отливки, мм;

ак Ьсг — толщина тонкой стенки отливки, мм.

Площадь сечения стояка на 20 % больше площади суженного сечения.

Пример 2 Рассчитать прибыль и литниковую систему для отливки из нержавею­ щей стали. Отливка представляет собой кольцо толщиной 40 мм с наружным диаметром 320 мм и внутренним диаметром 240 мм. К нижней поверхности кольца присоединена тонкая кольцевая стенка толщиной 4,5 мм.

Отливку располагаем в форме горизонтально, тонкая кольцевая стен­ ка находится вертикально снизу. По верхней плоскости отливки распола­ гаем прибыли. Диаметр окружности, вписанной в верхнее сечение отлив­ ки, б тл = 40 мм, диметр и высота шейки прибыли равны с/ш= 40 мм, /о /?ш= 0,5 = 20 мм. Диаметр и высота прибыли равны /п = 1,8 • 40 = 72 мм, 40 р Л р= 3 • 40 = 120 мм. Радиус действия прибыли Я = 2 •40 = 80 мм. Рассчитаем п количество прибылей: N= 3,14 • 280 / (2 • 80 + 72) = 3,79. Принимаем 4 прибыли.

Определим необходимую удельную скорость заливки: ) = 0,05х х 3,14-280/4,5 = 9,76 кг/с.

Для одновременной подачи жидкого сплава во все 4 прибыли, учи­ тывая необходимость иметь прочный и жесткий модельный блок, выбира­ ем литниковую систему в виде центрального стояка с отходящими от него к каждой прибыли горизонтально расположенными питателями. Суммар­ ную площадь питателей определяем по формуле (1.1 ).

/с с = 23 • 9,76 / 0,8 • 7,5 • /7 = 14,7 см2.

Площадь одного питателя равна /„ = 14,7 /4 = 3,7 см2. Принимаем квадратное сечение питателей со стороной 4 см.

Площадь стояка составляет / ст = 1,2 — 14,7 = 17,6 см2. Диаметр стояка равен с/ст = 2 • (17,6 / 3,14)°5 = 4,73. Принимаем стояк диаметром 50 мм.

В целях облегчения и ускорения проектирования ЛПС для отливок по выплавляемым моделям основные конструкции ЛПС и их элементы (литниковые чаши, зумпфы, питатели, стояки и т. д.) нормализованы.

С нормализованными конструкциями литниково-питающих систем следу­ ет ознакомиться по специальной литературе [3].

В завершение расчета ЛПС необходимо вычертить схему располо­ жения отливок на стояке и выполнить чертеж ЛПС с указанием мест при­ соединения отливок. Кроме того, необходимо рассчитать массу отливки то^; массу ЛПС тшс; массу ЛПС, приходящуюся на одну отливку, млпо = ™тс / К где N — число отливок в блоке; массу жидкого сплава, приходящегося на одну отливку, тж о = тшо + /яотл; массу жидкого ме­ м талла, приходящегося на блок, тж б= тж • /V коэффициент выхода год­ м мо ;

ного КВГ = (т^л / тж о) • 100 %.

м Построение чертежа литейно-модельных указаний. На чертеже литейно-модельных указаний должен быть изображен построенный в соот­ ветствии с приведенными выше рекомендациями чертеж отливки. На нем необходимо указать плоскость разъема модели и пресс-формы, а также литниково-питающую систему.

Определение размеров полостей пресс-форм. Размеры полостей пресс-форм определяют приближенно. Это объясняется значительной не­ стабильностью величины усадки модельного состава, деформациями при прокаливании формы, нестабильностью усадки залитого металла. Суммар­ ная величина усадки меньше вследствие расширения оболочковой керами­ ческой формы при нагреве.

Суммарная усадка модельного состава и металла (с учетом расшире­ ния формы при нагреве) для различных материалов отливки составляет, %:

Углеродистая сталь 1,25-1,6 Легированная сталь 1,0-2,0 Серый чугун 0,5-0,65 Алюминиевые сплавы 1,1-1,3 Латунь 0,95-1,25 Оловянистая бронза 0,75-1,0 Алюминиевая бронза 1,45-1,55 Исполнительные размеры полости пресс-формы определяют по формуле

где /п- номинальный размер формообразующей полости пресс-формы, мм;

/о — номинальный размер отливки, мм;

тл У — суммарная линейная усадка, %;

обш 6 0Л допуск на размер отливки, мм («минус» для наружных, «плюс»

Тдля внутренних размеров);

8 ] — допуск на размер изготовляемой пресс-формы, который на 1 — 2 эквивалента выше, чем допуск на размер отливки, мм.

где У м — свободная линейная усадка модели, %;

Уо — свободная линейная усадка металла, %;

Уф — относительное расширение формы при нагреве (прокаливании) перед заливкой, %.

В формулах (1.2) и (1.3) не учтено, что и модель, и отливка в отдель­ ных местах испытывают затрудненную усадку по причине силового взаи­ модействия соответственно с пресс-формой и оболочковой керамической формой. Затрудненная усадка меньше свободной. Неточно учитывается расширение формы и в период заливки. Это расширение является функци­ ей разности температур металла и формы при заливке и КТЛР материала формы. Конкретизацию этих факторов при доводке размеров пресс-формы производят путем опытных заливок.

Конструирование пресс-форм. В серийном производстве пресс-формы изготовляют из стали и алюминиевых сплавов. Детали пресс-формы получают обработкой резанием. Как правило, пресс-формы имеют горизонтальную по­ верхность разъема, что обусловлено удобством извлечения моделей, так как сборку, разборку, извлечение и съем моделей выполняют вручную.

Пресс-форма (рис. 1.4, а) для двух моделей состоит из нижней матри­ цы/и верхней съемной матрицы 2. Нижняя матрица имеет вставки 5, которые оформляют сложную часть модели. Вставки крепят к нижней матрице винта­ ми. Цилиндрическое отверстие в модели (рис. 1.4, б) оформляется подвижным стержнем 4 (см. рис. 1.4, а). Точность соединения матриц обеспечивается на­ правляющими штырями 10. Скрепляют матрицы откидными болтами с бараш­ ками. Модельный состав запрессовывают или заливают через литниковый ка­ нал 5 и питатели 6. После затвердевания моделей удаляют стержни и снимают верхнюю матрицу. Чтобы освободить модели с помощью толкателей 7, надо извлечь фиксатор 8 и опустить нижнюю матрицу до основания 9.

а б Рис. 1.4. Ручная металлическая пресс-форма для изготовления моделей (а) и модель (б):

I — нижняя матрица; 2 — съемная матрица; 3 — вставки; 4 — подвижный стержень;

5 — литниковый канал; 6 — питатели, 7 — толкатели; 8 — фиксатор; 9 — плита основания;

1 0 — направляющие штыри В массовом производстве для моделей сложной конфигурации при­ меняются стальные пресс-формы. Простые детали пресс-формы изготов­ ляют обработкой резанием, сложные — литьем с последующей доводкой обработкой резанием, шлифованием. Перемещение стержней, матриц и за­ пирание пресс-форм осуществляются реечными, винтовыми, пневматиче­ скими механизмами. Пресс-формы, как правило, выполняют с вертикаль­ ным разъемом.

В матрицах монтируют сменные вкладыши с формообразующими по­ лостями, что удлиняет продолжительность эксплуатации пресс-формы. Для сокращения длительности цикла изготовления модели в стенках прессформ выполняют каналы водяного охлаждения. Полости сложной конфи­ гурации, глухие карманы пресс-форм вентилируют с помощью узких кана­ лов по разъему или по стержням.

С конструкциями пресс-форм и принципами их конструирования следует ознакомиться по специальной литературе [2 ].

1.5. Требования к содержанию и оформлению курсового проекта В пояснительной записке приводятся данные по анализу и характе­ ристика отливки, обоснование принятого технологического процесса, ха­ рактеристика сплава, расчет и конструирование ЛПС, обоснование выбора модельного состава, обоснование типа связующего раствора, расчет его компонентов и режим сушки оболочки. По всем технологическим переде­ лам необходимо выбрать технологическое оборудование.

В графической части проекта (3 листа формата А1) необходимо изо­ бразить:

• чертеж детали, отливки и литейно-модельных указаний;

• чертеж литниково-питающей системы;

• чертеж элементов пресс-формы (по указанию преподавателя).

Контрольные вопросы и задания

1. Приведите общую технологическую схему литья по выплавляе­ мым моделям, укажите область его применения, достоинства и недостатки.

2. Каковы особенности конструкции пресс-форм, требования, предъ­ являемые к ним?

3. Назовите способы изготовления пресс-форм.

4. Укажите требования, предъявляемые к модельным составам.

5. Приведите классификацию модельных составов. Как осуществля­ ется выбор состава модельной композиции?

6. Опишите схемы устройства оборудования для приготовления мо­ дельной массы и изготовления выплавляемых моделей.

7. Какие связующие растворы применяются для литья по выплавляе­ мым моделям?

8. Опишите сущность гидролиза этилсиликата, типы этилсиликатных связующих растворов.

9. Приведите методику расчета гидролиза этилсиликата.

10. Укажите материалы, используемые в качестве наполнителей сус­ пензий, и их характеристики.

11. Каковы способы подготовки огнеупорных суспензий и применя­ емое при этом оборудование?

12. Какие существуют способы удаления модельной массы из кера­ мических оболочек?

13. Укажите способы прокалки керамических форм, применяемое оборудование.

14. Приведите типы литниково-питающих систем, алгоритм их расчета.

15. Какова методика расчета литниковых систем при центробежной заливке форм в процессе литья по выплавляемым моделям?

16. Перечислите способы удаления керамических оболочек.

17. В чем заключаются особенности плавки и заливки сплавов при литье по выплавляемым моделям?

Глава 2 КОКИЛЬНОЕ ЛИТЬЕ

Литье в металлические многократно используемые формы на практике часто называют кокильным литьем. Этот термин является русским переводом немецкого термина «КокШеп^я». Металлическую форму в даль­ нейшем будем называть «кокиль».

Кокильное литье применяют для получения отливок из различных сплавов: алюминиевых, магниевых, медных, а также из чугуна и стали.

Наибольшее применение кокильное литье нашло при литье алюминиевых сплавов. Более 60 % отливок из алюминиевых сплавов получают кокиль­ ным литьем.

По сравнению с литьем в разовые песчано-глинистые формы кокильное литье обладает следующими преимуществами:

• в отличие от литья в песчано-глинистые формы, когда форма после каждой заливки разрушается, при кокильном литье она используется много­ кратно. В зависимости от сложности отливки и рода сплава форма может вы­ держивать до 10 О Озаливок. Это позволяет сократить или полностью ис­ О ключить применение формовочных и стержневых смесей, что обеспечивает резкое повышение экологической чистоты производства. Принципиально существует возможность изготовления отливок без применения песчано-гли­ нистых смесей. Однако это связано с существенным усложнением металли­ ческой оснастки, применением специализированного оборудования и необхо­ димостью соответствующего технического и экономического обоснования;

• более высокая скорость кристаллизации обеспечивает повышение на 15-30% механических свойств сплава, снижение пористости отливок и увеличение степени их герметичности;

• согласно ГОСТ 26645-85 точность получаемых отливок соответст­ вует классам 5т-Ют, а чистота поверхности — уровню шероховатости = 10-63 мкм;

• в 2-3 раза уменьшаются припуски на механическую обработку отливок, существенно повышается коэффициент использования металла в заготовке;

• в 3-6 раз увеличивается выпуск годного литья с 1 м2 площади цеха;

• современное технологическое оборудование для кокильного литья обеспечивает комплексную механизацию процесса получения отливок и ко­ ренное улучшение условий труда.

Вместе с тем применение кокильного литья сопряжено с рядом су­ щественных трудностей, которые сдерживают широкое внедрение этого прогрессивного способа литья в производство. Прежде всего это связано с высокой стоимостью металлических форм и технологического оборудо­ вания. Поэтому применение кокильного литья должно быть обосновано Стехнических и экономических позиций. Оно экономически оправданно лишь при высоких требованиях к отливкам и достаточно высокой серий­ ности производства. Число отливок сложных конфигураций в серии долж­ но быть не менее 1 0 0 0 — 2 0 0 0 шт.

Кокильное литье обусловливает повышенные требования к конфигу­ рационной сложности отливки. Так как при кокильном литье форма перед извлечением отливки не разрушается, элементы отливки должны беспре­ пятственно извлекаться из металлической формы при ее разъеме после за­ вершения цикла.

При последовательном изготовлении отливок происходит повыше­ ние температуры стенок кокиля и особенно металлических стержней. Это вызывает систематические остановки в работе кокильной машины для ох­ лаждения кокилей. Для устранения этого недостатка необходимо приме­ нять сложные и дорогие системы термостабилизации кокилей.

Материал кокиля и металлические стержни неподатливы и непрони­ цаемы для газов, что способствует образованию в отливках трещин и газо­ вых раковин.

Из-за высокой теплоаккумулирующей способности материала коки­ ля затрудняется получение сложных тонкостенных отливок.

20-40 150-250 На современных кокильных машинах сборка и разъем форм, а также установка и удаление металлических стержней механизированы.

Заливка форм сплавами осуществляется из поворотных ковшей, ча­ ще всего ручных, с установкой около кокильных машин специальных раз­ даточных печей, в которые сплав заливают из плавильных печей. Темпера­ тура заливки определяется видом сплава, сложностью конфигурации и тол­ щиной стенки отливки. При литье алюминиевых сплавов температура за­ ливки находится в пределах 700-780 °С, при литье магниевых сплавов С, при литье серого и высокопрочного чугуна — 1280-1330 °С.

Под временем выдержки отливки в форме понимают период време­ ни от начала заливки формы до удаления из нее отливки. Выдержка отлив­ ки в форме нужна для того, чтобы закончился процесс затвердевания и от­ ливка приобрела необходимую прочность. Нормальная выдержка обеспе­ чивает получение качественных отливок и легкое их удаление из формы.

При преждевременной выбивке отливка разрушается при удалении из формы. Если же отливка находится в форме дольше максимально допус­ тимого времени, в ней развиваются большие внутренние напряжения из-за торможения усадки металлическими стержнями, которые приводят к обра­ зованию трещин. При этом отливка зажимает форму и трудно удаляется.

Для каждой отливки время выдержки и оптимальная температура при уда­ лении ее из формы определяются опытным путем. Температуру отливки при удалении из формы можно принять в пределах 450-520 °С при литье алюминиевых сплавов и 600-800 °С при литье чугуна.

2.3. Тепловые условия формирования отливок Термический режим металлической формы определяет производи­ тельность процесса, продолжительность затвердевания отливки и ее каче­ ство, а также долговечность кокиля. Продолжительность затвердевания отливки и термический режим кокиля определяются следующими основ­ ными факторами:

• температурой заливки сплава 7^;

• начальной температурой формы перед заливкой Т Ь;

• фактором А ботл/Бкр, где 5ОЛи 5,ф- толщины стенки отливки и слоя тф Т кокильного покрытия; — теплопроводность кокильной краски;

• относительной толщиной стенки формы 5ф/5охл;

• фактором а, где а — коэффициент теплоотдачи с наружной по­ верхности формы; 5 — площадь наружной поверхности формы.

С тепловой точки зрения литейный цикл при кокильном литье можно разбить на два этапа. Первый этап начинается с момента заливки формы сплавом при температуре 7 ^ и заканчивается в момент раскрытия кокиля.

При изготовлении первой отливки температура формы перед заливкой I сплава равна Г0, а в момент раскрытия кокиля — Т 2 Т0.

На втором этапе, длительность которого определяется темпом рабо­ ты литейной машины, происходит охлаждение металлической формы, так как она в этот период уже не контактирует с отливкой. В конце этого эта­ па, т. е. в начале следующего литейного цикла, средняя температура форI мы равна Т В зависимости от темпа работы литейной машины величина Тп может быть как больше предписанного технологией значения Г0, так и меньше. При высоком темпе работы машины температура Т2 при по­ следовательном изготовлении отливок непрерывно растет, а при низком темпе уменьшается. Как показал анализ производственных данных, колебания значений Т2 в процессе изготовления отливок могут достигать 50 % и более. Это приводит к существенному разбросу значений продолжитель­ ности затвердевания получаемых отливок, параметров их структуры и механических свойств. При высоком темпе работы машины Т2 непрерывно увеличивается, а механические свойства отливок снижаются. В этом случае, как хорошо известно из практики, форма и особенно стержни настолько разогреваются, что процесс приходится останавливать.

Для исключения этих явлений предусматривают систему искусствен­ ного охлаждения кокилей. Применяют воздушное и струйное водяное ох­ лаждение наружной поверхности кокилей, водяное охлаждение стенок ко­ килей путем пропускания воды через каналы, предусмотренные в стенках формы. Однако эти приемы, усложняя конструкцию оснастки, не решают проблемы стабилизации теплового режима металлической формы. Карди­ нальным является использование систем термостабилизации работы коки­ лей. При этом через стенку формы пропускается специальная жидкость, имеющая высокую температуру кипения, и благодаря применяемым сред­ ствам автоматики обеспечивается стабилизация теплового режима кокиля.

Однако этот метод очень усложняет оснастку и технологическое оборудо­ вание.

При литье легких сплавов чаще всего применяются металлические формы с естественным охлаждением. Влияние теплоотдачи в окружа­ ющую среду на тепловой режим кокиля и на продолжительность затверде­ вания отливки зависит от величины 5ф / 5отл. В толстостенных кокилях при 5ф / $агл ^ 1 практически все тепло, отводимое от металла, расходуется на нагрев формы, так как величина коэффициента теплоотдачи с наружной по­ верхности а мала. Влияние теплоотвода в окружающую среду можно суще­ ственно увеличить, применяя оребрение наружной поверхности кокиля.

В литературе большое внимание уделяется определению толщины стенки металлической формы [1, 5, 6 ]. Толщина стенки не монотонно влияет на продолжительность затвердевания отливки. В тонкостенных ко­ килях при 5ф / 6 0 Л 1 с увеличением толщины стенки формы продолжи­ Т тельность затвердевания отливки возрастает, так как повышается термиче­ ское сопротивление теплоотвода в окружающую среду. При некотором значении толщины стенки формы продолжительность затвердевания до­ стигает максимума и при дальнейшем увеличении толщины стенки умень­ шается, что вызывается понижением средней температуры формы. Пред­ ложенные методы определения толщины стенки формы (методы А. И. Вейника, Г. Ф. Горбульского, Н. П. Дубинина, А. М. Петриченко) основаны на анализе уравнения теплового баланса, т. е. на обеспечении аккумуля­ ции поступающего от отливки тепла формой без повышения ее температу­ ры выше температуры солидуса сплава. Именно данный подход отражен в ГОСТ 16237-70, в котором предписывается толщину стенки формы опре­ делять по графику (рис. 2.1 ) в зависимости от толщины стенки отливки.

Рис. 2.1. Зависимость толщины стенок кокиля от толщины стенок отливок Указанный подход не учитывает реальных условий тепловой работы кокиля, имеющих место при последовательном получении отливок.

* Огнеупорная глинистая суспензия плотностью 1300-1400 кг/м3.

В кокильных покрытиях для литья магниевых сплавов в качестве на­ полнителей применяются мел, оксид цинка, тальк, прокаленный асбест.

В качестве связующего используется жидкое стекло. Для защиты сплава от возгорания применяются добавки борной кислоты, окиси магния и пиро­ филлита. Составы покрытий кокилей для магниевых сплавов приведены в табл. 2.7. Составы 1-4 применяются для отливок сложных конфигураций, состав 5 — для простых отливок. Состав 6 предназначен для утепления лит­ ников и прибылей, состав 7 — для окраски литников и выпоров.

Таблица 2.7 Составы покрытий кокилей для литья магниевых сплавов, % (масс, доля)

2 3,8 78,0 4,0 15,0

— До плотности 1,12-1,22 г/см3.

Нанесение слоя краски заданной толщины осуществляют с примене­ нием специальных трафаретов на поверхности формы или по площади по­ верхности формы и толщине покрытия определяют массу твердых компо­ нентов, вводимых в краску, которую нужно нанести равномерно на по­ верхность формы.

2.5. Литниковые системы и прибыли Типы литниковых систем. При литье в металлические формы при­ меняются те же типы литниковых систем, что и при литье в песчаные формы. В зависимости от вида сплава, размеров и конфигурации отливки, конструкции кокиля применяется подвод сплава сверху, снизу, на некото­ ром уровне, на нескольких уровнях и через вертикально-щелевую систему.

На рис. 2.2 приведены примеры литниковых систем при разных уровнях подвода сплава.

Верхние системы являются экономичными и обеспечивают высокую стойкость кокилей. В них питание отливки осуществляется из литниковой чаши. Однако данные системы неприменимы при заливке форм для высоких и сложных отливок. Чаще всего используют боковые системы с подводом сплава на одном или нескольких уровнях и с подводом снизу (см. рис. 2.2 ).

При заливке крупных отливок, если время заливки больше 10 с, лит­ никовую систему целесообразно выполнять в стержнях.

На рис. 2.3 приведены схемы литниковых систем, используемых при получении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов.

Рис. 2.3. Схемы литниковых систем для отливок из легких сплавов:

/ — верхняя; II — боковая; III — нижняя; IV- ярусная; V- вертикально-щелевая Для сложных отливок применяют подвод сплава в нижнее сечение отливки (рис. 2.3, III, в) и сифоном (рис. 2.3, III, г). При заливке высоких отливок используют вертикально-щелевые системы (рис. 2.3, V). Для обес­ печения питания отливки часто перед питателем предусматривают питаю­ щие бобышки (см. рис. 2.3, III, в). При сифонном подводе металл поступа­ ет к питателям через нижний кольцевой коллектор (см. рис. 2.3, III, г).

В связи с тем что при литье легких сплавов применяются расширяю­ щиеся, незамкнутые системы, в литниковой системе устанавливают фильтро­ вальные сетки для улавливания шлака и неметаллических включений.

Расчет литниковых систем. Расчет литниковых систем выполня­ ется в указанной ниже последовательности.

1. Определение места и уровня подвода става. Следует руководство­ ваться общими принципами, изложенными в теории литниковых систем.

2. Составление схемы литниковой системы и схемы заливки формы.

3. Определение оптимальной продолжительности заливки формы по формуле

2-5 2,6 5-10 2,8 2,9 1 0 -2 0

4. Выбор узкого места системы, определяющего скорость заливки формы, обеспечиваемую системой. В качестве узкого места литниковой системы при литье чугуна и стали обычно принимают суммарное сечение питателей, а при литье алюминиевых и магниевых сплавов — нижнее сече­ ние стояка.

5. Расчет площади сечения узкого места системы. Расчет площади сечения узкого места системы Су3 обеспечивающей заданную оптималь­ 0, ную продолжительность заливки формы, выполняют по формуле

. Определение конкретных размеров элементов системы. При ко­ кильном литье применяют круглые конические, пластинчатые и зигзагооб­ разные стояки (рис. 2.4).

в 4 раза больше толщины / (рис. 2.4, б), поэтому с = 2 л/ш^.

Шлакоуловители, коллекторы и питатели чаще всего имеют трапе­ цеидальные сечения. У шлакоуловителей и коллекторов высота трапеции И= 1,2дь где а\ — длина нижнего основания трапеции. Длина верхнего ос­ нования трапеции а2 = 0,8 «].

сок л = (*1 + 0,8 ( 1 ) • 1, 2 • а\ / 2 = 1,08 *а*.

о 2 ах = 0,96л/ш^, а2 = 0,77л/со^, Л= 1Д5-\/ш^, Если стояк расположен посредине коллектора при симметричном подводе сплава к полости формы, то при расчете по указанным формулам площадь коллектора нужно разделить на 2.

Толщина питателей должна быть не менее 3 мм и не более (0,7-0,8 ) • 5^.

Ширина одного питателя определяется исходя из расчетного значения его площади: о)п т = со1пит / п, где п — число питателей.

и Зигзагообразные стояки (рис. 2.4, в) применяются с целью снижения скорости падения струи сплава при заполнении стояка. Коэффициент рас­ хода ц у этих систем на 10-25 % меньше, чем у обычных систем. Как пра­ вило, число витков составляет 1-3. Шаг витка в = 45 мм, расстояние между осями по ширине / = 80 мм, радиус закруглений / = 2 0 мм.

Виды прибылей. Важной задачей при проектировании технологии является обеспечение непрерывного питания отливки в процессе ее за­ твердевания. Принципы организации питания отливок при кокильном ли­ тье такие же, как и при литье в песчаные формы. Желательно, чтобы кон­ струкция отливки удовлетворяла принципу направленного к прибыли за­ твердевания, в соответствии с которым продолжительность затвердевания монотонно возрастает по направлению к прибыли.

Однако, как правило, для реальных отливок в полной мере это не выполняется. Поэтому необходимо выделить все изолированные термиче­ ские узлы и для каждого из них предусмотреть прибыль.

Размеры и конфи­ гурация прибыли должны удовлетворять следующим требованиям:

• сплав в прибыли должен затвердевать позднее, чем в термическом узле;

• в прибыли должен быть обеспечен запас жидкого сплава, необхо­ димый для компенсации объемной усадки металла в термическом узле и в самой прибыли;

• прибыль должна иметь высоту, достаточную для полного выведе­ ния усадочной раковины в прибыль;

• расход сплава на прибыль должен быть наименьшим.

Для выполнения первого требования приведенная толщина стенки нижнего сечения прибыли /?п должна быть больше приведенной толщины р стенки термического узла в месте его контакта с прибылью /?отл. Обычно принимают Д = 0,0 5 — 1,5 ) -Ло (меньшие значения- для компактных пр тл термических узлов, а большие — для узлов с развитыми поверхностями).

Для снижения теплопотерь в стенки формы поверхность прибыли оклеивают листовым прокаленным слоем асбеста или окрашивают тол­ стым слоем (до 1 мм и более) специальной теплоизоляционной краски.

Объем прибыли можно определить по формуле Й. Пржибыла

При кокильном литье применяются прибыли круглого и прямоуголь­ ного поперечного сечения. Однако наиболее экономичны прибыли кругло­ го сечения, так как они имеют наименьшую удельную поверхность.

Расчет прибылей. Для расчета прибылей разработано большое чис­ ло аналитических и эмпирических методик. На промышленных предпри­ ятиях расчет прибылей выполняют по собственным, учитывающим специ­ фику производства методикам, основанным на обобщении производствен­ ного опыта. В учебных целях при выполнении контрольных заданий, кур­ совом и дипломном проектировании мы предлагаем выполнять расчет прибылей по формуле Й. Пржибыла (2.4).

При этом нужно соблюдать ука­ занную ниже последовательность расчета:

• изучение конфигурации отливки с использованием описанных в те­ ории литейных процессов методов и выделение всех изолированных тер­ мических узлов;

• определение объемов всех термических узлов;

• выполнение расчета объемов прибылей для всех термических уз­ лов по формуле (2.4). При выполнении расчетов можно использовать сле­ дующие значения величин vl и :

-для среднеуглеродистой стали evS= 0,03 + 0,00016АГ, где Д Г — пе­ регрев сплава над температурой ликвидуса Гл;

-для сплава АК12 cvI = 0,036 + 0,00075Д77 Тл;

-для сплава АК7ч ev = 0,039 + 0,0008Д77 Тп;

-для магниевых сплавов (MJI5) еГ = 0,075;

— для алюминиевых бронз С = 0,098;

— для алюминиевых латуней еу0 = 0,09;

— для отливок из стали и высокопрочного чугуна коэффициент можно принять равным 0,11-0,13 для открытых теплоизолированных при­ былей; 0,09-0,10 для закрытых теплоизолированных прибылей;

-для алюминиевых сплавов коэффициент равен 0,13 для закрытых прибылей; 0,14-0,15 для открытых прибылей;

-для отливок из медных сплавов коэффициент равен 0, 1 для за­ крытых прибылей; 0, 1 2 для открытых прибылей;

• определение диаметра окружности, вписанной в сечение термичес­ кого узла, DOJ и диаметра окружности, вписанной в прибыль, Dnp = (1,15TI

• определение площади сечения прибыли Snp;

• определение высоты прибыли Яп = У / Sup\ рщ

• проверка найденного значения Япр. Если Яп / Dnp 2, то следует р принять Яп = 2 Z)np.

р При литье алюминиевых сплавов часто расплав подводят в нижний термический узел через питающую бобышку. В этом случае в формуле (2.4) можно принять значение = 0,2, так как расплав подводится в прибыль.

Диаметр окружности, вписанной в шейку прибыли, равен Ош= 1,4DOJ, T1 а диаметр прибыли определяется из выражения Dnp = л/1,12 Упр.

2.6. Технологическое оборудование и оснастка Конструкции кокилей. Основной технологической оснасткой при литье в металлические формы является кокиль. Экономическая и техноло­ гическая целесообразность получения качественной отливки зависит от кон­ струкции кокиля. Конструкции кокилей весьма разнообразны, что обу­ словлено разнообразием отливок и сплавов, серийностью производства, уровнем механизации технологического процесса, материалами, исполь­ зуемыми при изготовлении кокилей, и др.

Прежде всего, кокили можно классифицировать в зависимости от плоскости разъема. Различают кокили неразъемные, или вытряхные, ко­ кили с горизонтальной плоскостью разъема, кокили с вертикальной плос­ костью разъема и кокили с комбинированной плоскостью разъема, имею­ щие несколько по-разному ориентированных плоскостей разъема.

По уровню механизации обслуживания процесса различают кокили с ручным обслуживанием и кокили с механизированным обслуживанием на кокильных машинах.

В вытряхных кокилях можно изготовлять отливки, имеющие по внеш­ ним поверхностям уклоны, ориентированные по направлению удаления отливки из кокиля. Отливки типа тел вращения или имеющие большой ук­ лон в сторону их удаления из кокиля можно получать в кокилях с «книж­ ным» разъемом.

С конструкциями кокилей необходимо ознакомиться по специальной литературе [2 ].

Основы проектирования кокилей.

При проектировании кокиля нужно решить следующие взаимосвязанные задачи:

• определить положение отливки в кокиле и необходимые плоскости разъема с учетом размещения отливки, литниковой системы и прибылей;

• определить оптимальные толщины стенок кокиля и металлических стержней;

• предусмотреть меры по предупреждению коробления кокиля;

• предусмотреть оптимальную конструкцию и вид стержней, спосо­ бы их установки и фиксации в кокиле;

• определить уровень и места подвода сплава к отливке, выбрать тип литниковой системы и выполнить ее расчет;

• выбрать типы прибылей и выполнить расчет их размеров;

• разработать меры по предупреждению прорыва жидкого металла из кокиля в процессе его заливки;

• спроектировать систему вентиляции кокиля;

• предусмотреть, если это необходимо, устройство для запирания кокиля;

• предложить конструкцию центрирования частей кокиля;

• разработать, если это необходимо, конструкцию устройства для выталкивания отливок из формы и удаления металлических стержней;

• создать конструкцию крепления кокиля на кокильной машине;

• обосновать систему подогрева и охлаждения стенок формы и стер­ жней;

• выбрать материалы для изготовления формообразующих и вспомо­ гательных деталей кокиля.

Конструктору в первую очередь необходимо разработать компоно­ вочную схему кокильной установки, состоящей из двух групп элементов и устройств:

• формообразующих, которые включают рабочие стенки или вставки кокиля с формообразующими полостями и стержни (металлические или песчаные);

• вспомогательных, к которым относятся устройства центрирующие, запирающие, охлаждения и нагрева кокиля, извлечения отливок из формы и металлических стержней из отливки, плиты крепления и т. д.

Чаще всего применяют толстостенные кокили. Толщина стенки ко­ киля определяется по ГОСТ 16237-70. При конструировании кокиля необ­ ходимо стремиться к тому, чтобы конструкция была равностенной, приме­ няя для интенсификации охлаждения массивных элементов отливки оребрение наружной поверхности кокиля.

Особенности конструкций стержней. При изготовлении кокиль­ ных отливок могут применяться песчаные и металлические стержни. Тре­ бования к песчаным стержням и стержневым смесям такие же, что и при литье в песчаные формы. Металлические стержни могут быть неподвиж­ ными и подвижными. Неподвижный стержень крепится в стенке формы.

После раскрытия кокиля отливка остается на стержне и снимается с него выталкивателями. Подвижные стержни применяются тогда, когда их из­ влечение осуществляется в направлении, не совпадающем с направлением перемещения полуформ. Эти стержни кроме части, оформляющей отливку, имеют хвостовик, который может перемещаться вдоль соответствующего отверстия в стенке кокиля. С хвостовиком связано устройство для извле­ чения и установки стержня. Для получения сложных полостей в отливках применяются составные металлические стержни.

При ручном обслуживании кокилей для разъема полуформ и удале­ ния металлических вставок и стержней применяют рычажные, реечные, винтовые и другие механизмы. При механизированном изготовлении от­ ливок на кокильных машинах для установки и извлечения металлических стержней используют механизмы с наклонными штырями или с наклад­ ным клином. Наклонный штырь или накладной клин закрепляется в непо­ движной полуформе и проходит через ползун, соединенный со стержнем.

При размыкании или смыкании формы, т. е. при перемещении подвижной полуформы, наклонный штырь или накладной клин перемещает ползун и выводит стержень из отливки или, наоборот, вводит стержень в полость формы и фиксирует его. Конструкции и размеры устройств для удаления стержней приведены в ГОСТ 16253-70 — 16259-70.

Материалы для изготовления кокилей. Материал, из которого из­ готовлен кокиль, при прочих равных условиях определяет его стойкость и в конечном итоге технические и экономические показатели применения кокильного литья. Рекомендации по выбору материала для кокилей приве­ дены в табл. 2.1 1.

Таблица 2.11 Рекомендуемые материалы для кокилей Материал Область применения Чугуны СЧ20, СЧ25, Кокили для мелких и средних отливок с воздушным ВЧ40, ВЧ45 и водовоздушным охлаждением, а также двухслой­ ные кокили Стали 15Л, 15ХМЛ, Кокили с жидкостным охлаждением, вкладыши двух­ 10, 20, Ст.

З АК7ч слойных кокилей Водоохлаждаемые кокили с естественным охлажде­ нием и анодированной поверхностью (в основном для мелких отливок) Медь и ее сплавы, ле­ Вставки для мест кокиля, подвергающихся интен­ гированные стали сивному термогидродинамическому износу, метал­ лические стержни Организация вентиляции формы. Материал металлической формы, как правило, газонепроницаем. Поэтому для обеспечения отвода газов из полости формы в процессе ее заливки сплавом должна быть предусмотре­ на эффективная искусственная вентиляционная система, т. е. система газо­ отводящих каналов. Удаление газов из полости формы непосредственно связано с суммарной площадью вентиляционных каналов совк и скоростью заполнения рабочих полостей формы сплавом. Величина о)вкв первом при­ ближении должна удовлетворять условию совк ^ 1,25(Оу3, (2.5) где (0 у3 — суммарная площадь узкого места литниковой системы.

Вентиляционные каналы выполняют в виде рисок-насечек или тон­ ких щелей. Они наносятся по плоскостям разъема кокиля, а также в знаках стержней и отверстиях толкателей.

Для вентиляции глубоких полостей (углублений, поднутрений) при­ меняются вентиляционные пробки. В стенке кокиля просверливают отвер­ стие, в которое запрессовывают пробку с лысками. Размеры отверстий под пробки регламентированы ГОСТ 16250-70, а размеры пробок — ГОСТ 16251-70 и ГОСТ 16252-70.

Организация удаления отливки из формы. Материал металлической формы неподатлив. Поэтому вследствие усадки отливки и расширения мате­ риала формы отливка зажимается выступающими элементами формы и метал­ лическими стержнями. Для удаления отливки необходимо предусмотреть при­ способления для выталкивания отливки из формы. Расчет усилия выталкива­ ния /Гь проводится по методике, изложенной в гл. 3. Схема механизма для вгг выталкивания отливок в соответствии с ГОСТ 16247-70 приведена на рис. 2.6.

Размеры выталкивателей и механизма для выталкивания отливок регламентируются ГОСТ 16245-70 — 16247-70. В состав механизма для выталкивания отливки входит плита выталкивателей /, в которой устанав­ ливаются выталкиватели 4. Они закрепляются с помощью опорной пли­ ты 2. В плите выталкивателей закрепляются контрвыталкиватели 3, кото­ рые служат для возвращения плиты выталкивателей вместе с выталкивате­ лями в исходное состояние при смыкании полуформ. При размыкании по­ луформ плита выталкивателей движется вперед. При этом происходит вы­ талкивание отливки из формы. При смыкании полуформ они толкают контрвыталкиватели вместе с плитой выталкивателей назад. В исходном состоянии торцевые поверхности выталкивателей должны находиться на уровне внутренних поверхностей кокиля. Механизм для выталкивания от­ ливки входит в состав проектируемой кокильной оснастки.

Типы кокильных машин. В настоящее время кокильные отливки в основном получают на механизированных и автоматизированных ко­ кильных машинах с гидравлическим приводом полуформ.

Выделяют следующие типы кокильных машин [7]:

• тип 1 Машина состоит из станины, одной подвижной и одной не­.

подвижной плиты. Она позволяет изготовлять отливки в кокилях с верти­ кальной плоскостью разъема без металлических стержней;

• тип П. Машины этого исполнения имеют две подвижные плиты;

• тип III. Машины этого типа имеют две подвижные плиты и под­ дон. Поддон расположен в нижней части пространства, занимаемого коки­ лем, и служит для извлечения нижнего металлического стержня и выталки­ вания отливки из нижней части кокиля;

• тип IV. Машины этого исполнения отличаются от машин типа III наличием плиты верхнего стержня. Механизм перемещения плиты верхне­ го стержня осуществляет ввод и извлечение верхнего металлического стерж­ ня. Движение верхнего стержня происходит с помощью гидроцилиндров подрыва, подъема и поворота;

• тип V Машины этого типа наиболее универсальны. Они состоят из.

станины, двух основных подвижных плит, поддона, плиты верхнего стержня, торцевой подвижной плиты, манипулятора для удаления отливок, гидроагрегата, системы смазки, коммуникаций водяного охлаждения, электрооборудования и системы управления. Торцевая плита имеет цилин­ дры подрыва и перемещения, аналогичные плите верхнего стержня.

Отечественные машины типа 5900 имеют пневматический привод.

У машин типа 82000 привод гидравлический. Выбор марки машины следу­ ет проводить с учетом габаритных размеров кокиля, массы жидкого метал­ ла на форму, наличия верхних, нижних и торцевых стержней и их разме­ ров, значения усилия выталкивания отливки.

Кроме рассмотренных машин применяются машины для отливок с горизонтальной плоскостью разъема (АЛУГ2, АЛУГЗ) и многопозицион­ ные карусельные машины. Подробное ознакомление с конструкциями ли­ тейных машин входит в задачи дисциплины «Технологическое оборудова­ ние литейных цехов».

2.7. Порядок разработки технологического процесса изготовления отливок Разработка чертежа отливки. Если исходным документом являет­ ся чертеж детали, то на его основании разрабатывается чертеж отливки. Ес­ ли чертеж отливки разрабатывается конструктором, то технолог осуществ­ ляет работу по технологическому согласованию чертежа. Необходимо вы­ полнить анализ конфигурации отливки с точки зрения соблюдения принци­ па затвердевания сплава по направлению к прибылям. Нужно определить все изолированные тепловые узлы с применением метода вписанных в тер­ мический узел окружностей. В случае необходимости конфигурация отлив­ ки может быть откорректирована путем построения технологических при­ пусков. Толщины стенок отливок должны превышать минимальные значе­ ния, приведенные в табл. 2.2. Отверстия, не удовлетворяющие требованиям, указанным в табл. 2.4, не отливаются и на чертеже отливки зачеркиваются.

Используют также понятие приведенной толщины сечения /? = / /*, где Р — площадь сечения, Р — периметр. Отношение Р /Р допустимо при­ менять при наличии протяженных элементов, например стояков, коротких элементов типа шеек прибылей и питателей, у которых отсутствует отдача теплоты с торцевых сторон. Разбивая сложную отливку и ЛПС на конструк­ тивные элементы, которые так или иначе приближаются к пластине, брусу или компактному телу, и пренебрегая взаимным обогревающим влиянием этих элементов в период затвердевания, с помощью метода приведенных толщин оценивают последовательность затвердевания элементов.

Определение плоскостей разъема формы. Важной задачей является определение плоскостей разъема формы. Число плоскостей разъема долж­ но быть наименьшим, предпочтительно иметь одну плоскость разъема.

Прежде всего нужно определить положение отливки в форме при заливке.

При этом необходимо учитывать следующие факторы:

• возможность направленного удаления газов из полости формы в про­ цессе ее заливки сплавом;

• возможность размещения литниковой системы и прибылей с обес­ печением кратчайшего пути сплава к полости формы при заливке;

• обеспечение минимального количества стержней и вкладышей, на­ дежного их крепления при сборке и заливке;

• возможность беспрепятственного удаления отливки из формы при раскрытии кокиля;

• расположение в одной полуформе поверхностей отливки, являю­ щихся базами при механической обработке;

• обеспечение направленного затвердевания элементов отливки в на­ правлении снизу вверх;

• предпочтительное расположение цилиндрических отливок верти­ кально, плоских (рамы, крышки, плиты) — на ребро, чашеобразных отли­ вок — днищем вверх.

При выборе положения отливки в форме следует располагать ее так, чтобы при заливке было минимальное количество горизонтальных плоско­ стей. При выборе плоскости разъема, если позволяет конфигурация отлив­ ки, целесообразно обеспечить ее расположение в неподвижной полуформе, а в подвижной полуформе разместить только прибыльную и литниковую систему.

Направления и количество разъемов в кокиле зависят от конфигура­ ции отливки, выбранного положения ее при заливке и от типа и конструк­ ции литниковой системы. В большинстве случаев разъем формы делается вертикальным по отношению к положению отливки при заливке. Горизон­ тальный разъем применяют редко для отливок с выступающими на внеш­ ней поверхности частями при незначительной высоте. Для отливок слож­ ной конфигурации применяют криволинейную поверхность разъема, а так­ же несколько горизонтальных плоскостей и комбинацию вертикальной и горизонтальной плоскостей разъема. Сложные отливки, требующие не­ скольких плоскостей разъема, изготовляют в стержнях в вытряхном коки­ ле. В нем же изготовляют отливки простой конфигурации, которые можно вместе с литниковой системой и прибылями беспрепятственно удалить из формы.

Контуры отливок должны обеспечивать их беспрепятственное уда­ ление из формы. Наружные поверхности отливок должны иметь уклоны в направлении движения при удалении отливок из кокиля. Внутренние по­ верхности, выполняемые металлическими стержнями, должны иметь ук­ лоны в направлении движения стержня при его удалении из отливки. Ук­ лоны внутренних поверхностей, выполняемых песчаными стержнями, оп­ ределяются технологией изготовления стержней и конструкцией стержне­ вого ящика. Значения уклонов приведены в табл. 2.3. Принятые значения уклонов указываются на чертеже отливки. Плоскость разъема на чертеже отливки наносится черной линией на всех проекциях. Около нее простав­ ляются буквы ОФ (отливка — форма).

Назначение припусков на механическую обработку. Нормы точ­ ности отливки. На всех обрабатываемых поверхностях должны быть предусмотрены припуски на механическую обработку. Минимальные при­ пуски на механическую обработку определяют в зависимости от класса точности отливки, ее номинального и габаритных размеров. Общий при­ пуск на механическую обработку назначается в зависимости от ряда при­ пусков и допусков на размер поверхности (табл. 6 в ГОСТ 26645-85). Ряд припусков определяется по табл. 14 в ГОСТ 26645-85 в зависимости от степени точности поверхности. Допуски на размер поверхности в зависи­ мости от номинальных размеров и класса размерной точности указаны в табл. 1 в ГОСТ 26645-85. В табл. 9 в ГОСТ 26645-85 приведены классы размерной точности отливок из разных сплавов и габаритных размеров отли­ вок при разных способах литья. Степень точности поверхности отливок раз­ ных габаритных размеров из различных сплавов при разных способах литья можно определить по табл. 11 в ГОСТ 26645-85. В табл. 13 в ГОСТ 26645-85 приведены классы точности массы отливок в зависимости от их номи­ нальной массы и способа литья. Классы точности указаны применительно к отливкам, изготавливаемым в двух полуформах. Для отливок, изготав­ ливаемых в одной полуформе, класс точности на 1 — 2 класса выше, а для отливок, изготавливаемых в формах, имеющих более двух разъемов, — на 1-2 класса грубее. Для верхних поверхностей ряд припусков принимается на 1 — 2 ряда больше.

В технических условиях на чертеже отливки в соответствии с ГОСТ 26645-85 должны быть указаны ее нормы точности. Их приводят в следующем порядке: класс размерной точности, степень коробления, степень точности поверхности, класс точности массы и допуск смещения отливки. Пример условного обозначения точности отливки 8 -го класса раз­ мерной точности, 5-й степени коробления, 4-й степени точности поверхно­ сти, 7-го класса точности массы с допуском смещения 0,8 мм: точность от­ ливки 8-5-4-7 ГОСТ 26645-85. Ненормируемые показатели заменяются нулями. Например, точность отливки 8-0-0-7 ГОСТ 26645-85.

В технических условиях на чертеже отливки указываются масса де­ тали, припуски на обработку, технологические напуски и масса отливки.

Например, масса 21-5-4-30 ГОСТ 26645-85.

Характеристики точности отливки могут быть определены конструк­ тором. При выполнении учебных заданий и курсового проекта рекоменду­ ем студенту самостоятельно определить эти характеристики с использова­ нием заданных габаритных размеров, номинального значения массы от­ ливки и данных табл. 1 — 6 приложения.

Например, нужно определить характеристики точности кокильной отливки из алюминиевого сплава. Наибольший габаритный размер 250 мм.

Отливка изготовляется в двух полуформах без применения песчаных стержней. Номинальная масса 10 кг. В соответствии с табл. 3 и 5 приложе­ ния для заданных условий принимаем 6 -й класс размерной точности и 6 -ю степень точности поверхности. По табл. 4 приложения принимаем 5-й класс точности массы.

Обозначение точности отливки имеет следующий вид:

точность отливки 6-0-6-5 ГОСТ 26645-85.

Припуски на механическую обработку определяют в такой последо­ вательности. По заданному в характеристике точности отливки значению класса размерной точности и номинальному размеру, определяющему по­ ложение поверхности, для которой нужно найти припуск, по табл. 1 при­ ложения находят допуск на данный номинальный размер. По заданному значению степени точности поверхности по табл. 6 приложения определя­ ют ряд припусков. Искомый припуск находят по табл. 2 приложения в со­ ответствии с определенными значениями ряда припусков и допуска на но­ минальный размер.

В качестве иллюстрации определим для приведенных выше характе­ ристик точности отливки припуск на механическую обработку поверхности с номинальным размером, характеризующим ее положение, равным 150 мм.

По табл. 1 для класса точности 6 определяем допуск на этот размер, равный 0,8 мм. В соответствии с табл. 6 для степени точности поверхности 6 при­ нимаем первый ряд припусков. По табл. 2 находим для чистовой обработки поверхности припуск, равный 1,2 мм. Контуры припуска наносят тонкими линиями на чертеже детали. Величину припуска в миллиметрах указывают цифрой на размерной линии, отходящей от поверхности, к которой относит­ ся припуск, перед знаком шероховатости поверхности.

Построение чертежа литейных указаний. Правила оформления чертежа отливки такие же, как при литье в песчаные формы. В техничес­ ких условиях на чертеже, кроме характеристик точности отливки и масс, указывают значение литейной усадки сплава. При литье в металлические формы с применением металлических стержней литейная усадка сплавов уменьшается вследствие ее торможения. Например, при литье алюминие­ вых сплавов по размерам, оформляемым металлическими стержнями, литей­ ная усадка составляет 0,6-0,8 %. Рекомендуемые значения литейной усад­ ки сплавов приведены в табл. 2.1 2.

После разработки чертежа отливки технолог должен решить ряд во­ просов для подготовки технологического задания конструктору по проек­ тированию металлической формы.

Прежде всего, необходимо наметить контуры стержней, принять ре­ шение о применении металлических или песчаных стержней. Если есть возможность беспрепятственно извлечь стержень из отливки, то отдается предпочтение металлическим стержням. В противоположном случае при­ меняют песчаные стержни. Следует отметить, что и в этом случае есть возможность применения металлических составных стержней, которые из­ влекаются из отливки по частям. Однако при этом резко увеличивается стоимость кокиля, и такое решение экономически оправдано лишь при крупносерийном и массовом производстве.

Таблица 2.12 Рекомендуемые значения литейной усадки сплавов Основные размеры Литейная отливки, мм Характеристика Сплавы усадка, % отливок Толщина Длина стенки Углероди­ Простые (без стерж­ До 500 30-100 2,0

Организация питания отливки, В соответствии с рекомендациями, изложенными в п. 2.5, нужно выделить в отливке изолированные термиче­ ские узлы, определить типы устанавливаемых на них прибылей и рассчи­ тать их размеры. В случае расположения термических узлов в нижней час­ ти или на боковой поверхности отливки следует осуществлять подвод сплава в эти узлы с установкой в литниковой системе питающих бобышек.

Определение уровня и места подвода сплава к отливке, конструи­ рование и расчет литниковой системы. Эти вопросы решаются в соот­ ветствии с рекомендациями, приведенными в п. 2.5.

Организация вентиляции формы. Необходимо выполнить расчеты суммарной площади вентиляционных каналов по формуле (2.5) и опреде­ лить места установки вентиляционных пробок.

Определение усилия для выталкивания отливки из формы. По ме­ тодике, приведенной в п. 3.4, следует рассчитать усилие Гвъп, необходимое для выталкивания отливки из формы.

Рекомендация состава кокильной краски и толщины кокильного покрытия. Данные вопросы решают с учетом рекомендаций, приведенных в п. 2.4.

Определение тепловых параметров литья. Необходимо назначить температуру формы перед заливкой и температуру заливки формы спла­ вом, а также дать указания по организации охлаждения металлической формы. При назначении начальной температуры формы и температуры за­ ливки следует руководствоваться рекомендациями, приведенными в п. 2.1.

При литье алюминиевых сплавов обычно применяют кокили с естествен­ ным охлаждением. При необходимости систему охлаждения формы разра­ батывает конструктор в процессе проектирования кокиля.

В заключение выполняется предварительный выбор марки кокильной машины, если предусмотрено механизированное изготовление отливок.

2.8. Пример разработки технологии получения отливки По конфигурации отливка представляет собой полый цилиндр (рис. 2.7).

Поэтому разместим ее в форме вертикально, расположив толстый фланец вверху. Так как отливка обладает осевой симметрией, выберем плоскость разъ­ ема, проходящую через осевую линию отливки перпендикулярно плоско­ сти чертежа. Внутренние полости оформляются двумя полыми металличе­ скими стержнями. Направления их извлечения показаны на рис. 2.7. Зна­ чения уклонов внутренних боковых поверхностей принимаем в соответ­ ствии с данными табл. 2.3.

Рассчитаем массу металла, расходуемого на припуски, с использова­ нием геометрических формул для расчета объема при значении плотности сплава 2,5 г/см3. Расчетное значение массы припусков равно 0,8 кг. Техно­ логические напуски не применяем, поэтому их масса равна нулю. Характе­ ристику масс запишем следующим образом: масса 12-0,8-0-12,8.

В соответствии с табл. 2.12 линейная усадка по диаметрам внутрен­ ней полости равна 0,7 %, а по остальным размерам — 1 %.

Для питания верхнего термического узла устанавливаем 4 открытые прибыли (см. рис. 2.7).

Приняв р = 0,15 и е,, = 0,04, по формуле (2.4) нахо­ дим суммарный объем этих прибылей:

6 = 6 отл + а лс + 6 пр= 12,8 + 0,1 • 12,8+ (1920+ 183) *2,5/ 1000= 19,4 кг.

Преобладающая толщина стенки отливки равна 5 = (20 12,8 + + 50 • 5,3) / (12,8 + 5,3) = 29 мм. По табл. 2.8 находим значение коэффициента 51 = 2,6.

Диаметр стояка вверху Яств т т т = 2 см. Верхнее основание литниковой воронки имеет диаметр 3 • 2 = 6 см, высота воронки 6 см. Площади сечений коллектора сок и питателя (о^ определим по соотношениям: о к= 2сост„ = о = 2 • 2,45 = 4,9 см2; о)ПГ= За)стн= 3 • 2,45 = 7,35 см2. Примем для коллектора |Т трапецеидальное сечение, у которого длина нижнего основания а„ = 0,8яв, а высота Л= 1,2дв, где ац- длина верхнего основания. С учетом этого име­ ем (ав + 0,8ав) • 1,2ав/ 2 = 4,9 см. Отсюда находим ав = 2,1 см, ан = 1,7 см и И= 2,5 см.

Длину нижнего основания трапецеидального сечения питателя при­ мем равной длине верхнего основания сечения коллектора, т.е. ан = 2,1 см.

Длину верхнего основания примем равной ав = 0,8 2,1 = 1,7 см. С учетом этого имеем (2,1 + 1,7) Л/2 = 7,35 см. Отсюда находим, что высота питателя равна 3,9 см. Схема литниковой системы приведена на рис. 2.7.

Между наружной поверхностью отливки и формой образуется зазор.

Поэтому для выталкивания отливки из формы после удаления стержней не требуется значительных усилий. Основные затруднения возникают с уда­ лением верхнего и нижнего стержней, которые обжимаются отливкой. Для расчета усилий удаления стержня можно применить формулу (3.4).

/» в ы г ^ т р -^ с т 1000, где — усилие для удаления стержня, кН;

Кт — коэффициент трения на границе стержня и отливки;

р Р „ — давление со стороны отливки на стержень, МПа;

5С — площадь боковой поверхности стержня, м2.

Т Согласно табл. 3.9 для алюминиевых сплавов при уклоне стенок стержня 41′ ^ = 0,25 и Р„= 17,5 МПа. 5С= (3,14 • 16 • 14 + 3,14 • 8 • 2) • 104= Т = 0,0753 м2. ^ вы = 0,25 • 17,5 • 0,0753 1000 = 329 кН. Уклон, принятый на т чертеже отливки (см. рис. 2.7), равен 2,8 мм, или а = аг^(2,8 / 140) = 72′, т. е. в 1,8 раза больше, чем предусмотрено в табл. 3.9. Уменьшим расчет­ ную величину на 25 %, т. е. примем = 247 кН.

Площадь вентиляционных каналов равна щвк= 1Д5состн=1,25 • 2,45 = = 3 см2. Конструктивно вентиляция формы осуществляется через пазы толщиной 0,3-0,5 мм и шириной 10-15 мм, которые выполняются по плос­ кости разъема формы и по боковой поверхности хвостовика верхнего стержня, а также через открытые верхние прибыли. После проведения всех расчетов на чертеже отливки выполняют так называемый чертеж литейных указаний с изображением прибылей, литниковой системы и контуров стерж­ ней. При наличии песчаных стержней приводятся их знаковые части и зна­ ковые зазоры.

Выбор марки кокильной машины осуществляется в процессе конст­ руирования кокиля. Он проводится с учетом габаритных размеров, разме­ ров металлических стержней, извлекаемых в нижнем или верхнем направ­ лениях, массы заливаемого в форму сплава и необходимых усилий отвода всех плит машины.

2.9. Требования к содержанию и оформлению курсового проекта

Пояснительная записка должна включать следующие разделы:

• Характеристика детали. Ее назначение и требования к ней.

• Обоснование принятого технологического процесса изготовления отливки с учетом предъявляемых к ней требований и серийности произ­ водства.

• Анализ технологичности детали и построение чертежа отливки.

• Нормы точности отливки. Определение припусков на механиче­ скую обработку.

• Определение плоскости разъема кокиля и положения отливки в форме при заливке.

• Выбор места подвода сплава. Расчет и конструирование литнико­ вых систем.

• Организация питания отливки. Расчет прибылей.

• Построение чертежа литейных указаний.

• Технологические указания к проектированию оснастки. Характе­ ристика конструкции кокиля.

• Конструирование вентиляционной системы кокиля. Расчет усилий и описание системы выталкивания отливки из формы.

• Выбор состава кокильной краски и назначение толщины кокильно­ го покрытия.

• Тепловые параметры литья и описание принятой системы охлаж­ дения формы.

Источник