125995 (Разработка технологии процесса изготовления отливки)

1. Разработка технологии процесса изготовления отливки

1.1 Характеристика детали

Деталь "Ступица" имеет вид тела вращения со сложными полостями, изготавливается из стали 30Л ГОСТ 977-88 с габаритными размерами 1400мм×1400мм×370мм. Масса отливки 1114 кг, преобладающая толщина стенки 100 мм. Деталь относится к отливкам IV группы сложности. Химический состав и свойства данной стали приведены в табл. 1.1

Таблица 1.1 – Химический состав и механические свойства стали 30Л [2]

Сталь 30Л имеет следующие характеристики: низкая коррозионная стойкость, удовлетворительная жидкотекучесть, не склонна к образованию трещин, хорошо сваривается, но после сварки требует отжиг.

Данный сплав применяют для изготовления отливок деталей работающих под действием средних статистических и динамических нагрузок, Корпусов и обойм турбомашин, деталей гидротурбин, рычагов, балансиров, корпусов редукторов, муфт, шкивов, станины, балки и другие детали.

1.2 Выбор технологического процесса и обоснование принятого способа литья

Основной задачей технологического процесса является выбор наиболее рационального способа формовки, обеспечивающего высокие показатели производства качественных литых деталей.

Деталь "ступица" имеет массу 1114 кг, при годовом выпуске 60 шт. целесообразно использовать машинную формовку.

Отливка выполняется в разовой литейной форме, отверждаемой в контакте с оснасткой (с применением ХТС). Форма состоит из верхней и нижней полуформ, которые, образуют полость отливки ограниченную стенками полуформ и стержнями. Для компенсации усадки у стали во время затвердевания в верхней полуформе необходимо предусмотреть установку прибылей. Для вывода газов и воздуха из полости формы во время её заливки, а также для частичной компенсации усадки металла во время затвердевания необходимо предусмотреть установку выпоров, а в верхней полуформе предусмотреть газовые наколы. На рисунке 1.1 приведена схема технологического процесса изготовления отливки “ступица".

Рисунок 1.1 - Схема технологического процесса изготовления отливки "ступица"

1.3 Оценка технологичности отливки

Технологичность данной детали определяется в зависимости от целого ряда факторов:

1) минимальная толщина стенки отливки должна быть больше минимально допустимой толщины для заданного сплава [4]

δ_min ≥ δ_min.доп, (1.1)

где δ_min - минимальная толщина стенки в отливке;

δ_min.доп - минимально допустимая толщина стенки в отливке.

20 мм = 20 мм,

Следовательно, по этому критерию данную деталь можно считать технологичной;

2) разнотолщинность сопрягаемых стенок не должна превышать 4 [4]

δ_max/δ_min ≤ 4 (1.2)

где - максимальная толщина стенки отливки.

100 мм / 20 мм = 5;

По данному критерию данная деталь не технологична;

3) отливка "ступица" не имеет острых углов, она имеет плавные переходы сопрягаемых под углом стенок. Эти переходы выполняются при помощи галтелей;

4) Так как будущая отливка будет изготавливаться из стали 30Л, то её конструкция должна обеспечивать направленное последовательное затвердевание снизу вверх. Конструкция данной детали позволяет создать направленное затвердевание, так как есть возможность расположить отливку таким образом, чтобы тонкие части располагались внизу, а более массивные вверху под прибылью, следовательно, по данному критерию отливка технологична.

Вывод: в целом отливка "ступица" не смотря на имеющиеся не технологичные элементы, является технологичной и ее можно получать методом литья, заданного качества при минимальных затратах.

1.4 Выбор положения отливки в форме и назначение разъема модели и формы

Разработка литейной технологии начинается с выбора положения отливки в форме, при котором после заливки форм происходят процессы кристаллизации металлов, обеспечивающие получение плотной и однородной отливки. Выбор правильного расположения отливки в форме имеет принципиальное значение, так как оказывает решающее влияние на качество будущей отливки, предопределяет разъем формы и модели и весь технологический процесс формовки.

Положение отливки в форме и разъем обуславливают контуры отливки, величину припусков на механическую обработку, возможные размеры опок, массу полуформ.

Правильный выбор расположения отливки в форме должен обеспечивать спокойное заполнение формы металлом, исключать разрушения отдельных участков формы и стержней, способствовать направленному затвердеванию. Обычно, при проектировании литейной технологии для конкретной отливки возможны несколько вариантов положения отливки в форме и разъемов формы. Варианты расположения отливки форме приведены на рисунках 1.2, 1.3, 1.4.

Преимущества расположения отливки в нижней полуформе:

- вся отливка расположена в одной полуформе, поэтому исключается возможность сдвигов и перекосов полуформ, что влияет на размерную точность отливки;

- уменьшается вероятность ухода металла по разъему формы;

Рисунок 1.2 – Схема расположения отливки в нижней полуформе

- базовая поверхность отливки и поверхность подвергаемая механической обработке расположены в одной полуформе;

- применяется неразъемная модель, что удешевляет производство модельного комплекта;

- возможно создание условия для направленного затвердевания.

Недостаток данного метода:

- необходимость применения жеребеек

Рисунок 1.3 – Схема расположения отливки в верхней полуформе

Преимущества расположения отливки в верхней полуформе:

- вся отливка расположена в одной полуформе, поэтому исключается возможность сдвигов и перекосов полуформ, что влияет на размерную точность отливки;

- уменьшается вероятность ухода металла по разъему формы;

- базовая поверхность отливки и поверхность подвергаемая механической обработке расположены в одной полуформе;

- большинство обрабатываемых поверхностей располагаются в нижнем положении при заливке формы или вертикально;

Недостатки данного метода:

- увеличивается высота верхней полуформы, а следовательно перерасход смеси на полуформу и трудоемкость ее изготовления;

- невозможность извлечения модели из формы без ее разрушения, поэтому необходимо применять особые виды формовки;

- невозможность установки стержней.

Рисунок 1.4 - Схема расположения отливки в нижней и верхней полуформах

Преимущества расположения отливки в нижней и верхней полуформах:

- большинство обрабатываемых поверхностей располагаются в нижнем положении при заливке формы или вертикально;

- возможно создание условия для направленного затвердевания;

- уменьшение высоты верхней и нижней полуформ, что влечет уменьшенный расход смеси.

Недостатки данного метода:

- необходимость применения разъемной модели, что влечет повышенную цену модельного комплекта;

- вероятность ухода металла по разъему формы;

- возможны перекосы.

На основании анализа рассмотренных вариантов принимаем расположение отливки в форме изображенное на рисунке 1.1, т.к. такое положение отливки в форме имеет наибольшее количество преимуществ и наименьшее количество недостатков.

1.5 Определение непроливных элементов

Непроливными элементами – называются элементы детали которые в данных условиях нецелесообразно выполнять литьем. Их выполняют при механообработке отливки.

В детали "ступица" есть следующие непроливные элементы:

а) резьбовые отверстия – 6 отверстий;

б) фаска 8 мм×45⁰ в отверстии D360 – 2 фаски;

в) фаска 19 мм×25⁰ на внешнем диаметре 1400 – 1 фаска.

1.6 Определение норм точности и величины припусков на механообработку

Припуском на механическую обработку называют слой металла на отливке подлежащий к удалению путем механической обработки для получения поверхности заданных размеров и чистоты. Величина припусков на механическую обработку зависит от:

- технологических процессов литья;

- массы отливки;

- максимального габаритного размера;

- материала отливки.

Припуски на механическую обработку назначают по ГОСТ 26645-85. Этот ГОСТ распространяется на отливки из черных и цветных металлов и регламентирует: допуски на размеры, массу и припуски на механическую обработку. Величина припусков на механическую обработку отливки "ступица" рассчитана на ПЭВМ. Результаты приведены в приложении А.

1.7 Определение размеров и массы отливки

Для необрабатываемых поверхностей отливки размер определяется по формуле[4]

L₀=L_д±0,5∙Т, (1.3)

а для обрабатываемых поверхностей[4]

L₀=L_Д±Z±0,5∙T, (1.4)

где L₀ – размер отливки, мм;

L_д – размер детали, мм;

Т – допуск размера, мм;

Z – величина припуска на механическую обработку, мм;

Расчет размеров отливки представлен в таблице 1.2

Таблица 1.2 – Расчет размеров отливки

Масса отливки определяется по формуле[4]