Процесс изготовления детали 'Тройник'
Введение
В отечественном литейном производстве доля
стержней и форм, изготавливаемых из холоднотвердеющих смесей (ХТС) по
экспертным оценкам составляет 50-55%. До начала 90-х годов это были
преимущественно смеси с жидким стеклом (СО2- процесс и жидкое стекло со
сложноэфирными отвердителями) и смолами кислотного отверждения (карбамидными,
карбамидофурановыми, фенолофурановыми).
ХТС использовались только в отраслях с серийным
производством для среднего и крупного литья. В массовом производстве
(автомобильной промышленности, сельхозмашиностроении и т.д.) они практически не
применялись, в то время как в промышленно развитых странах в этих отраслях от
60 до 80% стержней в настоящее время производится по технологии
«Cold-box-amin».box-amin-процесс разработан в США в 1968 г. фирмой Ashland.
Стержневая смесь содержит 100% кварцевого песка, 0,6...0,8% фенольной смолы
(СК1), 0,6...0,8% полиизоцианата (СК2). После уплотнения смеси в ящике
пескодувным или пескострельным способом стержень продувается смесью паров низкокипящей
жидкости - третичного амина (триэтиламина, диметиламина), с воздухом, и
стержень приобретает начальную прочность, которая составляет 60% её конечного
значения. Время продувки 2..5 с, далее 10...20 с стержень продувают воздухом
для его очистки от паров амина.
Расход катализатора менее 1,5 г на 1 кг
стержневой смеси. В результате взаимодействия компонентов связующего в
присутствии катализатора (амина) образуется твердый полимер - полиуретан,
который и обеспечивает высокую прочность стержня.
Для подготовки, дозирования и подачи амина
применяют специальные газогенераторы, которые испаряют амин, смешивают его с
воздухом и подают в стержневой ящик. Смесь амина с воздухом, после прохода
через стержневой ящик, направляется в нейтрализатор, где полностью нейтрализуется
разбавленной серной кислотой с образованием водорастворимой соли - сульфата
аммония. Степень очистки воздуха в этой системе близка к 100%. Таким образом,
весь тракт подачи амина полностью герметизирован, что обеспечивает безопасность
процесса. При необходимости готовые стержни окрашивают противопригарной
краской. В
России разработаны и производятся все
необходимые для этого процесса
материалы, которые прошли экспертные испытания в
ФРГ, по качеству они не уступают продукции ведущих европейских и американских
производителей, таких как Huttenes Albertus (ФРГ), Ashland (США), Furtenbach
(Австрия) и др.
1. Общая часть
.1 Анализ конструкции детали
Отливка «Тройник» представляет собой
геометрическую фигуру, типа параллелепипеда и пустотелого цилиндра. Деталь
имеет неравномерную толщину стенки с перепадами от 9.5 до 24 мм; по центру
детали проходит сквозное отверстие диаметром 150 мм. Деталь выполнена из чугуна
с вермикулярным графитом по ГОСТ 7292-89. Вес детали-52 килограммов, и
отностится к весовой группе - мелкие.[1]. Группа сложности литья - 3[1].
Процент механически обрабатываемых поверхностей детали составляет 30%. Класс
точности размеров отливки-11Т Гост 26645-85.
Габаритные размеры детали: 285x446мм
.2 Назначение детали
Деталь «Тройник» входит в узел трактора Т25-01,
которая работает в сочетании с валом при нагрузках, выполняя защитную функцию.
.3 Технические требования, предъявляемые к
отливке
На обрабатываемых поверхностях допускаются
дефекты любого вида, не превышающие 2/3 величины припуска на механическую
обработку;
На необрабатываемых поверхностях допускается
небольшой пригар в углах сопряжений.
На необрабатываемых поверхностях допускаются
мелкие газовые раковины глубиной до 0,5 мм в количестве 3 штуки на площадь 5
см2.
1.4 Анализ существующего производства заданной
отливки
Отливка «Крышка» изготавливается в литейном цехе
№2 ЧЛЗ ОАО «Промтрактор-Промлит».
Технологический процесс изготовления отливки
складывается из следующих операций: на шихтовом дворе ведется подготовка шихты;
где по железной дороге в вагонах шихта поставляется на шихтовый двор, разгрузка
производится в приемные бункера мостовым краном с магнитной шайбой - для
металлической шихты, и грейфером - для флюсов.
Шихта загружается в бадью с откидным дном,
которая устанавливается на самоходную электрическую передаточную тележку, где
должно происходить взвешивание шихты. Ввиду неисправности весов взвешивание
шихты отсутствует.
Приготовление чугуна производится в
электродуговых печах модели ДС-6Н. При загрузке шихты ванна печи выкатывается
из под свода, и с помощью мостового крана бадья поднимается над печью для
загрузки шихты в печь. В течении плавки берется проба сплава на химический
анализ и с помощью пневмотранспорта проба отправляется в лабораторию.
Шлак во время плавки скачивается через рабочее
окно вручную и наводится новый, забрасывание флюсов, песка также вручную через
окно. После скачивания шлака металл выпускается в чайниковый ковш через желоб
печи и ковш отправляется на заливку.
На плавильном участке накапливаются отходы: шлак
от плавки металла, сажа, пыль металлическая в пылеуловителях, брак.
Приготовление формовочной смеси ведется в
смесителях периодического действия модели АМК-2000Н, а приготовление стержневой
смеси - в смесителях периодического действия модели 1А12М. Оборудование
физически и морально устарело, так как эксплуатируется с 1974 года. Некоторые
добавки вводят вручную.
Изготовление форм ведется на формовочной машине
модели 703М, встряхивающей с допрессовкой. После изготовления форм их обдувают
сжатым воздухом, проставляют стержни и форма собирается под заливку.
Формовочная машина эксплуатируется более 20 лет, физически и морально устарела,
плотность набивки 60 единиц, качество литья - низкое. При изготовление форм
многие операции осуществляются вручную, на участке высокий уровень шума,
запыленность.
Стержни изготавливаются вручную, что приводит к
низкому качеству стержней, низкой размерной точности. Стержни после их
изготовления упрочняются сушкой в вертикальном сушиле. После охлаждения стержни
обрабатываются: снимаются заусенцы, замазываются выколы, трещины, неровности,
затем стержни красят противопригарной графитовой краской и подсушивают в
горизонтальном сушиле.
Стержни складываются в тару и отправляются на
формовку. Изготовление стержня - вручную, с последующей сушкой ведет к большим
трудозатратам, повышается себестоимость литья при низком качестве стержней.
Формы заливаются на заливочном подвесном
конвейере из чайникового ковша вручную. На участке заливки отсутствует система
дозирования расплава, рабочий работает в тяжелых условиях.
Залитые формы охлаждаются на охладительном
конвейере. После охлаждения формы выбиваются на выбивном устройстве модели
МС303-116-4СБ. При работе решетки создается шум, вибрация, выделяется много
пыли.
Предварительная очистка куста ведется в
галтовочном барабане непрерывного действия модели 314. разделка куста ведется с
помощью газокислородного резака модели РЗП-01.
Очистка от пригара и окалины ведется в
дробеметном барабане периодического действия модели 42213. загрузка отливок
осуществляется вручную.
Зачистка производится на обдирочно-шлифовальном
станке модели 3М636. используется высокий процент ручного труда.
Термическая обработка отливок производится в
термических печах периодического действия.
Исправление дефектов производится с помощью
сварочного преобразователя модели ПСО-500.
Вывод: технологический процесс производства
отливки «Крышка» не соответствует современным требованиям по уровню
механизации, автоматизации работ, а также по качеству литья.
2. Технологическая часть
.1 Выбор технологического процесса получения
отливки
Определение годового выпуска отливок
определяется по формуле
Г.В. = (Р × 1000) /
5×М
(1 ), [ 18],
где 5 -количество отливок представителей;
Г.В. - годовой выпуск отливок одного
наименования, шт.;
Р - годовая программа, т.;
М - масса отливки, кг.
Г.В. = ( 76000×1000 )
/5×32 = 475000 шт.
Тип производства - массовый (стр.13 [11]).
Для получения отливки предлагается
способ литья в песчано-глинистую форму, так как предлагаемый способ самый
экономичный и обеспечивает требуемые качества литья:11т класс точности
размеров, ГОСТ 26645-85 и шероховатости поверхности 320 мкм.
.2 Разработка конструкции отливки
.2.1 Выбор поверхности разъема, положения при
заливке
Предлагается поверхность разьема модели, формы
плоскогоризонтальное, так как она обеспечивает свободное извлечение модели из
формы и удобство установки стержней, а так же согласование процесса отливки с
ее обработкой резаньем.
Предлагается всю отливку распологать в одной
полуформе, так как исключается перекос отливки.
2.2.2 Анализ на литейную технологичность
Технологичность - получение отливки требуемого
качества с минимальными экономическими затратами.
При отработке конструкции отливки на литейную
технологичность, отливка приближается к простой форме типа тела вращения.
При отработке детали на технологичность
учитывались следующие правила конструирования:
1) отливка «Тройник» компактна, не имеет
выступающих частей, затрудняющих изготовления модельного комплекта, и свободное
извлечение из формы;
2) внутреннюю боковую полость отливки
предлагается выполнить стержнем сложной конфигурации, который операется на
знаки;
) центральную часть отливки предлагается
выполнить земленым болваном , который выступает из нижней полуформы,
обеспечивая устойчивое положение;
) толщина стенки отливки равномерна, в
отливке выполняется принцип равномерного охлаждения;
) предлагается выполнить переход от
стенки к стенке плавно, с целью исключения разрушения формы, размыва и трещин;
Вывод: при соблюдении выше изложенного отливка
считается технологичной.
2.2.3 Определение припусков на механическую
обработку, формовочных уклонов
Таблица 1- Припуск на механическую обработку по
ГОСТ 26645-85.
Номин.
размер, мм
|
Класс
точности
|
Основ.
допуск, мм
|
Степень
коробл.
|
Допол.
допуск, мм
|
Общий
допуск, мм
|
Степень
точности поверх.
|
Припуск,
мм
|
6
бок
|
11Т
|
4,0
|
6
|
0,50
|
4,0
|
11
|
8
|
5,3
|
446
бок
|
11Т
|
4,0
|
6
|
0,50
|
4,0
|
11
|
6
|
4,8
|
180
бок
|
11Т
|
4,4
|
6
|
0,64
|
5,0
|
11
|
6
|
4,8
|
75
низ
|
11
Т
|
3,6
|
6
|
0,40
|
4,0
|
11
|
6
|
4,8
|
Точность отливки 11Т- 7 - 10 - 11Т ГОСТ: 26645 -
85:
Т - класс точности размера;
- степень коробления;
- степень точности поверхности;
Т - класс точности массы.
Таблица 2 - Формовочные уклоны по ГОСТ 3212 - 92
Вид
уклона
|
Высота
формообразующей поверхности ,мм
|
Величина
уклона , град
|
плюс
|
24,8 45
|
60
35º
|
.2.4 Определение массы отливки
Масса отливки определяется по формуле:
Мотл = Мдет +Мукл+Мпр
где, Мотл - масса отливки, кг;
Мдет - масса детали по чертежу, кг;
Мукл - масса формовочных уклонов, кг;
Мпр - масса припусков на мехобработку, кг.
Мотл = 40+12+0 = 52 кг
Масса припусков на мехобработку определяется по
формуле:
Мпр = ρ × Vпр
где, Мпр - масса припусков на мехобработку,
кг;
ρ - плотность сплава,
кг/дм3;
V - объем припусков
на мехобработку, дм3.
Объем припусков на мехобработку определяется
путем разбивки тела припусков отливки на простые геометрические фигуры,
определение объема каждой фигуры и последующее суммирование фигуры.
Мпр = 7,2 × 1,6 = 12
кг
Коэффициент использования металла определяется
по формуле:
КИМ = Мдет / Мотл
где, КИМ - коэффициент использования металла.
КИМ = 40 / 52 = 0,76
.2.5 Определение величин знаков, зазоров,
уклонов на стержне, типа фиксатора
Таблица 3 - Величина знаков, зазоров, уклонов на
стержне по ГОСТ 3212 - 92.
Диаметр
D и длина L стержня,
мм.
|
Высота
нижнего знака, мм
|
Высота
верхнего знака, мм.
|
Уклоны,
град.
|
Зазоры,
мм
|
|
|
|
|
α
|
β
|
S1
|
S2
|
S3
|
Вертикально-горизонтальная
|
11×30
|
240
|
40
|
-
|
7˚0
|
-
|
0,8
|
-
|
2.3 Разработка конструкции модели
При массовом типе производства, с форомовкой на
автоматических формовочных линиях, предлагается использовать металлические
модели, так как они более долговечны в сравнении с деревянными, точные, имеющие
гладкую поверхность (стр.26, [14]).
Выбирается поверхность разъема модели
совпадающая с разъемом формы, плоское горизонтальное. Предлагаемая поверхность
разъема обеспечивает свободное извлечение модели из формы, свободную
простановку стержня. В качестве материала модели предлагается серый чугун СЧ20,
модель из чугуна обладает высокой прочностью, хорошо обрабатывается, хотя имеет
большую массу и склонны к корозии (стр.27,[14]).
Металлические модели предлагается выполнять
тонкостенными, усиливая их ребрами жесткости. Толщина стенок модели зависит от
габаритных размеров отливки и составляет - 8 мм (стр.37, [11]).
При формовке на АФЛ, в виду высоких усилий
прессования, толщина стенок модели увеличивается на 35 % и составляет - 10,8
мм.
С целью упрочнения модели предлагается выполнить
ребро жесткости.
Толщина ребра жесткости составляет 0,7% от
толщины стенки модели, а количество ребер жесткости выбирается из соотношения:
одно ребро на 300 мм длины (стр.28 [14]).Все размеры модели расчитываются с
учетом усадки сплава отливки,которая состовляет 1%.(стр.27 [11]).
Размеры моделей определяются по формуле:
РМ=
(5),
где Р.М. - размер модель, мм,
Р.О. - размер оливки, мм,
У - усадка сплава, %.
РМ=216.4+1.1*216.4/100=218.7 мм
С целью легкого извлечения модели из формы на
все вертикальные стенки модели по ГОСТ 3212-92 назначаются формовочные
уклоны.Модель выполняется по 6 классу точности размеров ГОСТ 11961-81.
Шероховатость поверхности модели по ГОСТ
2789-80.
.4 Разработка конструкции стержневого ящика
.4.1 Определение массы стержня
Масса стержня определяется по формуле:
Мст = ρ × Vст (6),
[18]
где, Мст - масса стержня, г.;
ρ - плотность стержневой смеси,
г/см .
Мст = 1,7 × 13529,4
= 23000
г. = 23 кг.
Объем стержня определяется по
формуле:
где Vст - объем
стержня, см;
d - диаметр
усредненного стержня, дм;
Н - длина стержня, см.
см
см
Класс сложности стержня - IV ,так как
стержень простой конфигурации, образует в отливках обрабатываемые поверхности,
к шероховатости которых особых требований не предъявляется образующий в
отливках обрабатываемые поверхности, к шероховатости которых особых требований
не предъявляется (стр.60 [14]).
.4.2 Выбор конструкции стержневого
ящика
При выборе конструкции стержневого
ящика учитывается:
) массовый тип производства;
) конструкция стержня;
) масса стержня;
) класс точности;
5) состав стержневой смеси - ХТС по GOLD
BOX амин процессу.
При массовом производстве с учетом выше
изложенного, условии формовки на автоматической стержневой линии (АСЛ), для
изготовления стержня предлагается разъемный стержневой ящик со вкладышем.
.4.3 Выбор оборудования для изготовления
стержней
Для изготовления стержней с учетом массового
типа производства, массы стержня 23 кг, состава смеси, предлагается АСЛ на базе
автомата фирмы <Laempe>
с продувкой амином.
Предлагаемое оборудование позволяет получить
стержни,отверждаемые в контакте с оснасткой, обеспечивающее высокую
размерность, точность отливки и минимальные затраты на изготовления стержня в
виду отсутствия сушки.
отливка конструкция расплав
формовочный
2.4.4 Определение количества гнезд в стержневом
ящике
Эскиз размещения гнезд в стержневом ящике, М 1:5
Габаритные размеры стержневого ящика 700*400*100
2.5 Определения габаритов в форме. Монтажная
схема
.5.1 Монтажная схема представляет собой эскиз
размещения моделей в опоке