Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация

отливки, её отдельных элементов и элементов литниковой системы, определяю с

учетом серийности выпуска отливок. В единичном и мелкосерийном производстве

целесообразно получать отливки с использованием минимального числа стержней

или вовсе без них [29].

При определении участков поверхности отливки, выполняемых стержнями,

нужно руководствоваться следующими правилами.

1. Обеспечивать минимальные затраты на изготовление стержневых ящиков.

2. Обеспечивать удобную установку стержней в форму и контроль всех

размеров полостей в ней.

3. Газоотводные каналы стержней должны иметь выходы в знаках, они должны

быть размещены так, чтобы исключить попадание в них жидкого металла.

4. Опорные поверхности стержней должны быть достаточными, чтобы исключить

деформацию стержня под действием силы тяжести.

Точность фиксации стержня в форме обеспечивается размерами и

конфигурацией его знаковых частей, которые назначают по ГОСТ 3212-92 с

учетом размеров стержня, способа формовки и его положения в форме (рис.2-

2).

В данной отливке имеется одна внутренняя полость (сквозное отверстие)

формируемое одним горизонтальным протяженным стержнем. Стержень армирован.

Арматура служит каналами для отвода газов в знаковые части (рис.2-2).

5 ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛЬНОГО КОМПЛЕКТА

Основные виды оснастки, применяемые при изготовлении литейных форм из

песчано-глинистых смесей, - модели и стержневые ящики, которые

классифицируются по следующим признакам:

. виду материала - деревянные, металлические, деревометаллические,

гипсовые, цементные, пластмассовые, пенополистироловые;

. способу изготовления форм и стержней - для ручной и машинной формовки;

. компоновке элементов - разъемные и неразъемные модели;

. сложности - простые, средней сложности и сложные;

. размерам модели:

а

б

Рис.2-5. а) модель верха,

б) модель верха и низа в сборе.

. для ручной формовки - мелкие (до 500 мм), средние (500-

5000 мм), крупные (более 5000 мм);

. для машинной формовки - мелкие (до 150 мм), средние (150-

500 мм), крупные (более 500 мм);

. конструктивному исполнению - объемные , пустотелые, скелетные модели и

шаблоны;

. точности изготовления - модельные комплекты (сколько классов

точности);

. прочности - модели 1, 2 и 3 класса прочности.

Так как производство данной отливки единичное то модель и стержневой

ящик изготавливаются из дерева (основа - сосна, ребра и фланцы - береза,

стержневой ящик полностью сосна).

По способу формовки модель и ящик относятся к ручной формовке.

Рис.2-6. Стержневой ящик

Модель разъемная (рис.2-5), стержневой ящик также разъемный (рис.2-6).

По сложности модель относится к группе сложных, стержневой ящик к

группе средних.

По размерам модель для ручной формовки относится к группе средних.

По конструктивному исполнению - объемная.

Класс точности модельного комплекта - 5 ГОСТ 3212-85.

Класс прочности модельного комплекта - 2.

6 КОНСТРУКЦИЯ И РАЗМЕРЫ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКТОВ

Для определения конструктивных размеров модельных комплектов в первую

очередь необходимо установить припуски на механическую обработку, припуски

на усадку и формовочные уклоны.

Припуски на механическую обработку назначают по ГОСТ 26645-85. Этот

ГОСТ распространяется на отливки из черных и цветных металлов и сплавов и

регламентирует допуски на размеры, массу и припуски на механическую

обработку.

Данная отливка получается литьем в песчано-глинистые сырые формы и

обозначается по ГОСТ 26645-85:

точность отливки 9-7-5-4;

масса отливки 34-04-0-34.4.

Припуски на механическую обработку представлены на рис.2-2.

Припуски на литейную усадку обычно определяют в зависимости от вида

сплава, массы и размеров отливки.

При разработке технологии изготовления сложных отливок можно

использовать значение линейной усадки сплавов по спиральной пробе, %.

Материал данной отливки серый чугун следовательно усадка составляет 1 %.

Формовочные уклоны модельных комплектов в песчаных формах

регламентирует ГОСТ 3212-92. При применении песчано-глинистых смесей уклоны

назначают в зависимости от диаметра или минимальной ширины углубления и

высоты формообразующей поверхности. В зависимости от требований,

предъявляемых к поверхности отливки, формовочные уклоны следует выполнять:

на обрабатываемых поверхностях отливки сверх припуска на механическую

обработку за счет увеличения размеров отливки;

на необрабатываемых поверхностях отливки, несопрягаемые по контуру с

другими деталями, за счет увеличения и уменьшения размеров отливки;

на необрабатываемых поверхностях отливки, сопрягаемых по контуру с

другими деталями, за счет увеличения или уменьшения размеров отливки в

зависимости от поверхности сопряжения.

Для данной отливки на обрабатываемых поверхностях уклоны выполнены

поверх припуска на механическую обработку за счет увеличения размеров

отливки. На необрабатываемых поверхностях отливки уклоны выполняются также

за счет увеличения размеров отливки.

7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И КОНСТРУКЦИИ ОПОК

При выборе размеров опок следует учитывать, что использование чрезмерно

больших опок влечет за собой увеличение затрат труда на уплотнение

формовочной смеси, нецелесообразный расход смеси, а использование очень

маленьких опок может вызвать брак отливок вследствии продавливания металлом

низа формы, ухода металла по разъему и.т.п.

Для изготовления данной отливки сконструированы и изготовлены ручные

сварные опоки следующих размеров: длина - 1000 мм, ширина - 250 мм, высота

- 200 мм. Для уменьшения расхода смеси и обеспечения необходимого

гидростатического напора металла применяются наращалки высотой 100 мм.

8 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

Литниково-питающая система - это система каналов для подвода жидкого

металла в полость литейной формы, отделения неметаллических включений и

обеспечения подпитки отливки при затвердевании [29].

Литниковую систему подводим по разъему формы. Условия заполнения формы

металлом за определенное время (опт.

[pic],

(2-1)

где k - поправочный коэффициент (1.8(2.0);

( - средняя или преобладающая толщина отливки, мм;

G - масса отливки, кг;

[pic] сек.

Литниковая система сужающаяся. Площадь сечения в самом узком месте =

площади питателя.

[pic]

(2-2)

где ( - коэффициент заполнения, ( = 0.5;

Hср - расчетный напор, см;

( - плотность отливки, ( = 7700 кг/м3;

g - ускорение свободного падения g = 9.8 м/с2;

[pic],

(2-3)

где Hст = hоп+hнар = 85+45 = 130 мм;

hо - высота отливки в верхней полуформе 59 мм;

[pic] мм = 12.26 см.

[pic] см2.

Расчет стояка и шлакоуловителя производим из соотношения:

Fп:Fш:Fст = 1:1.1:1.5

соответственно сечения будут

Fп = 5 см2

Fш = 5.5 см2

Fст = 7.5 см2

т.к. питание отливки мы производим 2 питателями следовательно Fп = 2.5

см2.

Окончательно принимаем площади сечений и по таблицам находим

геометрические размеры:

Fп = 5 см2; а = 16 мм; в = 13 мм; h = 16мм;

Fш = 5.5 см2; а = 24 мм; в = 20 мм; h = 26мм;

Fст = 7.5 см2; dст = 30.9 мм

Для заливки металла используют нормализованные воронки (рис.2-7),

размеры которых выбирают в зависимости от диаметра стояка и с учетом

обеспечения нормальной заливки формы.

[pic]

Dв = 30.9(3 = 90 мм.

Hв = 90 мм.

Рис.2-7.

т.к. данная отливка делается из чугуна, а прибыли на чугунные отливки

не ставятся (т.к. у чугуна усадка самая минимальная), значит я прибыли на

данную отливку не проектирую.

9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВА ПРИ ЗАЛИВКЕ В ФОРМУ

Для обеспечения хорошей заполняемости формы и получения качественных

отливок необходимо выдерживать определенную температуру заливаемого

расплава, которую выбирают в зависимости от вида сплава и характера отливки

[29].

Температура металла необходимая для заливки форм при получении данной

отливки составляет при выпуске и индукционной печи 1410 (С - 1420 (С, при

заливке в форму 1330 (С.

10 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТЛИВОК В ФОРМЕ

Регламентирование времени охлаждения отливок в формах диктуется

необходимостью обеспечения полного затвердевания расплава, исключения

образования некоторых усадочных дефектов, получения требуемой структуры

металла отливок. Последнее весьма важно для чугунов, структура которых в

большой степени зависит от скорости кристаллизации.

Расчет времени затвердевания отливки в форме произведен с помощью

программы FOUNDRY (автор Дубовой В.В.)

Исходные данные формы:

Tф (°C) = 20

bф (ккал) = 17

Исходные данные материала:

C1 (ккал/кг) = 0.120

C1’(ккал/кг) = 0.200

Y1 (кг/м3) = 7000

p1 (ккал/кг) = 64

Tзал (°C) = 1420

Tлик (°C) = 1200

Tсол (°C) = 1150

Tкр (°C) = Ѕ Tлик+Tсол = 1175

Толщина стенки отливки (мм) (=20

Расчет ведем базируясь на [29].

Время отвода теплоты перегрева [33]:

[pic],

(2-3)

где [pic] мм

t2 = 1.18 мин.

Время затвердевания отливки [33]:

[pic] ,

(2-4)

t3 = 2.97 мин.

Средняя скорость затвердевания отливки [33]:

[pic] мм/мин,

(2-5)

Время охлаждения отливки [33]:

[pic] ,

(2-6)

t4 = 13.92 мин.

Общее время отливки в форме [33]:

tв = t1 + t2 + t3 + t4 = 18.07 мин.

Однако по эмпирической формуле [pic] [29] ,

где К - коэффициент, зависящий от конфигурации отливки и толщины ее

стенки;

G - масса отливки, т.,

время выдержки составляет 4.97 ч., что более соответствует реальности,

следовательно расчеты приведенные в [33] неверны.

11 ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ

При производстве данной отливки для изготовления

форм и стержней использовались смеси следующего состава и следующими

свойствами (таблицы 2-1,2-2) [37,29].

Таблица 2-1

Формовочная смесь для фомовки по сырому (способ формовки ручная)

|Массовая доля |Характеристика смеси |Характеристики |

|компонентов в смеси, % | |получаемых отливок |

|облицовочно|единой | | | | | | | |

|й | | | | | | | | |

|Обо|Св|Кам|Обо|Св|Кам|Содержа|Зерно|Влажно|Газопр|Прочно|Масс|Толщин|

|рот|еж|енн|рот|еж|енн|ние |вая |сть, %|оницае|сть на|а, |а |

|ная|ие|оуг|ная|ие|оуг|глинист|групп| |мость,|сжатие|кг |стенки|

|сме|ма|оль|сме|ма|оль|ой |а | |единиц|во | |, мм |

|сь |те|ный|сь |те|ный|составл|песка| |ы |влажно| | |

| |ри|пор| |ри|пор|яющей, | | | |м | | |

| |ал|ошо| |ал|ошо|% | | | |состоя| | |

| |ы |к | |ы |к | | | | |нии, | | |

| | | | | | | | | | |кПа | | |

|75-|22|3-4|94.|5-|0.7|7-10 |016А |4.0-5.|40-60 |29-49 |20-2|1, то V = V(.

Отсюда пространство, занятое потоком жидкости, можно назвать областью

просачивания.

Очевидно, что линией движения потока жидкости будет называться такая

линия, касательная в каждой точке которой совпадает с вектором скорости

просачивания в этой точке.

Известно, что скорость потока жидкости V зависит от избыточного

давления Р [24], действующего на стенки чугуна, от его внутреннего

сопротивления движению жидкости G и от вязкости самой жидкости (, т.е.

[pic]

(6-18)

Внутреннее сопротивление материала G движению через него жидкости или

газов по существу является герметичностью этого материала.

Приравнивая правые части (6-16) и (6-18) и решая их относительно G,

получим математическое выражение для герметичности чугуна и для других

материалов:

[pic]

(6-19)

Из приведенного уравнения (6-19) следует, что герметичность есть такое

сопротивление материала проникновению через него жидкости, имеющей вязкость

( и находящейся под давлением Р, при котором за время t через площадку (

проникает W миллилитров этой жидкости. Другими словами, движение жидкости,

находящейся под давлением Р, столбика материала с толщиной стенки, равной

толщине отливки и поперечным сечением 1 см2 (рис.6-2).

Если измерять количество просочившейся жидкости в см3, давление в

кг/см2, площадь образца в см2, время в минутах и вязкость в (Е, тогда

размерность герметичности будет выражаться в [pic] [24].

Эта единица герметичности в дальнейшем нами будет обозначаться ЕГ.

[pic]

Рис.6-2. Схема к расчету единицы герметичности

ЕГ есть такая герметичность материала, при которой через площадку в 1

см2 просачивается 1 см3 воды при вязкости 1(Е, находящейся под избыточным

давлением, равном 1 кг/см2 за 1 минуту.

В виду того, что единица ЕГ является весьма малой величиной, то в

дальнейшем ее значение приводится в кЕГ и МЕГ:

1 кЕГ = 1000 ЕГ = 103 ЕГ;

1 МЕГ = 1000000 ЕГ = 106 ЕГ.

Герметичность чугуна зависит от его природных свойств, а именно:

пористости, сопротивления разрушению расклинивающего действия жидкости,

деформации, а также от толщины стенки отливки.

Для оценки качества материала, имея в виду его герметические свойства,

целесообразно ввести понятие удельной герметичности. Удельной

герметичностью называется герметичность, отнесенная к единице толщины

стенки отливки, изготовленной из данной марки чугуна или данного материала.

Зависимость герметичности чугуна от толщины стенки ( точно еще не

установлена. Поэтому удельную герметичность можно представить в такой

функциональной зависимости:

G0 = G(f(().

(6-20)

Как будет указано ниже (рис.8.2 и 8.3), эта функциональная зависимость

приближается к квадратичной и представляется в виде следующего уравнения:

[pic]

(6-21)

Подставляя в (6-21) значения герметичности G, получим окончательную

формулу для выражения удельной герметичности:

[pic]

(6-22)

Величины, вычисленные по (6-22) достаточно хорошо совпадают с нашими

опытными данными. Поэтому эту формулу в первом приближении можно

рекомендовать для определения удельной герметичности стандартных марок

чугунов и других материалов.

При проектировании литых деталей, работающих под повышенным давлением

жидкости, желательно заранее знать, какой герметичностью должна обладать

данная деталь, работающая в заданных конкретных условиях, каким образом

установить и определить герметичность чугуна для этой детали.

Для выполнения поставленной задачи необходимо ввести понятие о

предельной допустимой герметичности. Предельно-допустимой герметичностью

материала будем называть такое его внутреннее сопротивление, при котором

скорость просачивания данной жидкости, находящейся под давлением Р, будет

меньше или равна допустимой скорости просачивания.

В качестве допустимой скорости просачивания целесообразно принять

скорость во много раз меньшую скорости испарения жидкости с поверхности

отливки. Можно задаваться допустимой скоростью просачивания и из других

соображений, например, прочности отливки и т.д.

7 МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА

1 РАЗРАБОТКА СПОСОБА И МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА

Разработка методики исследования герметичности чугуна велась в

направлении выбора типа проб, установлении целесообразной формы и размеров

темплета, определения метода испытаний, разработке оптимальных режимов

испытаний, а также выявления зависимости герметичности от химического

состава структуры и физического строения чугуна [24].

Известно, что подавляющее количество всех гидравлических устройств

работают при одностороннем давлении до 100-150 и более атмосфер. Это

условие явилось основанием для выбора метода испытания герметичности серых

чугунов, при котором образец испытывается под воздействием одностороннего

давления до 400 атмосфер.

При разработке методики испытания образцов на герметичность, кроме

того, были приняты во внимание следующие положения:

1. Испытания герметичности чугунов должны вестись на темплетах,

изготовленных как из стандартных образцов диаметром 30 мм и длиной

340 мм, так и непосредственно из готовых отливок.

2. Форма и размеры образца должны обеспечивать наиболее верные

показатели герметичности чугуна.

3. Оптимальное давление при испытании герметичности чугунов должно

составлять 150 - 350 атм., т.к. при более высоких давлениях имеют

место неточности в определении герметичности в связи с деформацией

образца.

4. Испытания герметичности чугунов должно производиться в течение

минимального промежутка времени, но это положение не должно

ограничивать время специальных целевых испытаний (например,

определение количества просочившейся жидкости в зависимости от

давления и времени).

5. В качестве жидкости для испытания принят керосин.

6. Контроль просачивания жидкости - визуальный.

Образцы или темплеты для испытания на герметичность вырезались из

средней части различных проб. На стандартных пробах предварительно

определяли твердость, предел прочности на изгиб и стрелу прогиба. Затем из

мест, указанных на рис.7-1, вырезались темплеты для определения удельного

веса чугуна и образцы для испытания их на герметичность.

[pic]

Рис.7-1. Места отбора проб из стандартного образца:

а - темплет для определения веса;

б - образцы для испытания на герметичность;

в - место определения твердости

Образец для испытаний чугуна на герметичность представляет собой (рис.7-

2) диск диаметром 29.5 мм и толщиной 3.5 мм. В нижней части образца

прорезается 3 - 4 кольцевые канавки на расстоянии 1 - 1.2 мм друг от друга,

служащих для лабиринтного уплотнения. В верхней части образца

предусматривается кольцевая фаска Б, предохраняющая контрольную поверхность

А от затекания жидкости. С целью лучшего обеспечения контроля за

просачиваемостью керосина поверхность А притирается до матового состояния.

Толщина рабочей части образца определяется глубиной канавки диаметром 14

мм.

Для сохранения постоянных условий испытания все образцы обрабатывали

одним и тем же режущим инструментом при одних и тех же режимах резания, а

именно:

число оборотов при обработке - 540 об/мин;

число оборотов при отрезании - 280 об/мин;

подача - 0.15 мм на 1 оборот.

[pic]

Рис.7-2. Образец для испытаний на герметичность

Схема установки образца для его испытания на герметичность показана на

рис.7-3.

[pic]

Рис.7-3. Схема для установки образца для испытаний его на

герметичность:

1- образец; 2- гайка; 3- прокладка; 4- корпус

Важным условием при проведении испытаний является предупреждение

просачивания жидкости между образцом и алюминиевой прокладкой, Для этой

цели при каждом испытании устанавливается новая прокладка и образец

зажимается гайкой посредством ключа с моментом 40-50 кгм.

Для испытания герметичности чугунов использовался специальный прибор -

герметометр.

2 КОНСТРУКЦИЯ ГЕРМЕТОМЕТРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА

Герметометр (рис.7-4) предназначен для определения плотности

(герметичности) серого чугуна различных марок, а также любых других

материалов при одностороннем давлением до 1000 атмосфер.

Рис.7-4. Внешний вид герметометра

На приборе можно подвергать испытанию на герметичность как образцы,

вырезанные из стандартных проб, так и образцы, взятые непосредственно из

отливок. Толщина образца, в зависимости от рода материала, может колебаться

от 3.5 до 5 мм.

Конструктивная схема герметометра приведена на рис.7-5.

Герметометр состоит из клапанной системы: всасывающих 3 и нагнетающих 7

клапанов; плунжерного насоса 4; аккумулятора 9. Все части прибора

смонтированы на основании.

[pic]

Рис.7-5. Схема герметометра

Образец для испытания 11 устанавливается вместе с алюминиевой

прокладкой в корпус аккумулятора 9 и плотно зажимается гайкой 10. Жидкость

Страницы: 1, 2, 3, 4