Обоснование выбора технологического процесса

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ. 3

1 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДЕЛАЛИ.. 4

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.. 7

3. РАЗРАБОТКА ЛИТЕЙНО-МОДЕЛЬНЫХ УКАЗАНИЙ.. 9

4. РАСЧЕТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ.. 13

5. ПРОЦЕСС МОДЕЛИРОВАНИЯ.. 19

5.1 Генерация конечно-элементной сетки. 19

5.2 Начальные и граничные условия. 20

5.3 Гидродинамика заполнения литейной формы.. 21

5.4 Процесс кристаллизации. 21

ВЫВОДЫ.. 24

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 25

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Литье в песчано-глинистые формы является сравнительно простым и экономичным технологическим процессом. Во многих отраслях машиностроения (автомобилестроение, станкостроение, вагоностроение и др.) при массовом производстве отливок чаще всего применяется этот метод.

В основном, в качестве материала отливок получаемых в песчано-глинистых формах используется серый чугун, обладающий хорошей жидкотекучестью и малой усадкой (1 %), низкоуглеродистая сталь (< 0,35 % С). Весьма ограничено производятся таким способом отливки из медных и алюминиевых сплавов. Качество металла отливок весьма низкое, что связано с возможностью попадания в металл неметаллических включений, газовой пористостью (из-за газообразования при заливки металла во влажную форму). Форма отливок может быть весьма сложной, но ограничена необходимостью извлечения модели из формы, размеры отливки неограниченны. Таким способом получают самые крупные отливки, станины станков, корпуса турбин и т. д. Точность получаемых отливок определяется специальными нормами точности. Шероховатость поверхности отливок превышает 0,3 мм, на поверхности часто присутствуют раковины и неметаллические включения. Поэтому сопрягаемые поверхности деталей, заготовки которых получают таким методом, всегда обрабатывают резанием.

 

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДЕЛАЛИ

 

Деталь «Стакан» – это корпусная деталь, предназначенная для удержания в нём смазки или рабочей жидкости/газа.

Деталь представляет собой геометрическое тело не сложной конфигурации, имеет вид цилиндра с ушами для крепления (рисунок 1.1 и 1.2).

Деталь «Стакан» эксплуатируется в условиях воздействия циклических и динамических нагрузок, в связи с этим при изготовлении детали необходимо предусмотреть из материалов обеспечивающих надежную работу как детали в частности, так и агрегата в целом. Наиболее полно всем описанным требованиям эксплуатации отвечает серый чугун СЧ20, ГОСТ 1412-85 [1]. Физико-механические свойства СЧ20 и химический состав приведены в таблицах 1.1 и 1.2, соответственно.

 

Таблица 1.1 – Физико-механические свойства СЧ20

Марка серого чугуна	Временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), σВ, МПа	Относительное удлинение δ, %	Твердость по Бринеллю, НВ
СЧ20			189 – 229

 

Таблица 1.2 – Химический состав СЧ20

В процентах

Марка серого чугуна	Массовая доля элементов
не более
СЧ20	C	Si	Mn	S	P
3,4 – 3,6	1,8 – 2,2	0,5 – 0,6	0,04 – 0,06	0,04 – 0,06

 

Рисунок 1.1 – 2D чертеж детали «Стакан»

 

Построение 3D модели детали «Стакан» (рисунок 1.2) выполняли с использованием программного комплекса SolidWorks 2015,предназначенного для твердотельного параметрического моделирования. Геометрическое тело детали формировали с помощью набора элементов, таких как вытянутая бобышка, скругление, вытянутый вырез, повернутая бобышка, зеркальное отражение, бобышка по сечениям и других.

 

 

Рисунок 1.2 – 3D чертеж детали «Стакан»

 

ПРОЦЕСС МОДЕЛИРОВАНИЯ

Процесс кристаллизации

 

Моделирование процесса кристаллизации расплава выполнено с использованием модуля «Фурье-3D». При расчете процессов кристаллизации использованы данные о распределении температуры в литейной форме и отливках, поученные при моделировании процесса заполнения. Процесс моделирования представлен на рисунке 5.3.

 

Рисунок 5.3 – Моделирование процесса кристаллизации

В результате моделирования установлено, что время затвердевания до

температуры Т_сол составляет 721 с.

Анализ усадочных дефектов показал (рисунок 5.4), что усадочные раковины формируются только в литниковой чаше-нарощалке (глубина раковин 30 – 45 мм), вероятность образования пористости менее 3 %. Таким образом, разработанная технология изготовления отливки позволяет изготавливать отливки детали «Стакан» в соответствии с предъявляемыми требованиями. Технологический процесс может быть рекомендован для использования в реальных условиях производства.

Рисунок 5.4 – Результаты расчета вероятности образования пористости

 

 

ВЫВОДЫ

 

В результате выполнения курсового проекта, разработана технология изготовления отливки «Стакан», изготовляем на автоматической формовочной линии HWS. При выполнении проекта рассчитана литниково-питающая система, построены 3D модели отливки, литниково-питающей системы, формы в сборе. Промоделированы процессы заполнения литейной формы и затвердевания отливок. Время затвердевания до температуры Т_сол составляет 721 с.

Анализ вероятности образования усадочных дефектов показал, что вероятность их образования в теле отливки составляет менее 3 %. Разработанную технологию изготовления отливки «Стакан» можно рекомендовать для внедрения в реальных условиях производства.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1 Чугун с пластинчатым графитом для отливок. ГОСТ 1412-85.

2 Кукуй, Д.М. Теория и технология литейного производства / Д.М. Кукуй, В.А. Скворцов, В.Н. Эктова. – Минск: Дизайн ПРО, 2000. – 416с.

3 Комплекты модельные. Уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров. ГОСТ 3212-92.

4 Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку. ГОСТ 26645-85.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ. 3

1 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДЕЛАЛИ.. 4

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.. 7

3. РАЗРАБОТКА ЛИТЕЙНО-МОДЕЛЬНЫХ УКАЗАНИЙ.. 9

4. РАСЧЕТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ.. 13

5. ПРОЦЕСС МОДЕЛИРОВАНИЯ.. 19

5.1 Генерация конечно-элементной сетки. 19

5.2 Начальные и граничные условия. 20

5.3 Гидродинамика заполнения литейной формы.. 21

5.4 Процесс кристаллизации. 21

ВЫВОДЫ.. 24

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 25

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Литье в песчано-глинистые формы является сравнительно простым и экономичным технологическим процессом. Во многих отраслях машиностроения (автомобилестроение, станкостроение, вагоностроение и др.) при массовом производстве отливок чаще всего применяется этот метод.

В основном, в качестве материала отливок получаемых в песчано-глинистых формах используется серый чугун, обладающий хорошей жидкотекучестью и малой усадкой (1 %), низкоуглеродистая сталь (< 0,35 % С). Весьма ограничено производятся таким способом отливки из медных и алюминиевых сплавов. Качество металла отливок весьма низкое, что связано с возможностью попадания в металл неметаллических включений, газовой пористостью (из-за газообразования при заливки металла во влажную форму). Форма отливок может быть весьма сложной, но ограничена необходимостью извлечения модели из формы, размеры отливки неограниченны. Таким способом получают самые крупные отливки, станины станков, корпуса турбин и т. д. Точность получаемых отливок определяется специальными нормами точности. Шероховатость поверхности отливок превышает 0,3 мм, на поверхности часто присутствуют раковины и неметаллические включения. Поэтому сопрягаемые поверхности деталей, заготовки которых получают таким методом, всегда обрабатывают резанием.

 

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДЕЛАЛИ

 

Деталь «Стакан» – это корпусная деталь, предназначенная для удержания в нём смазки или рабочей жидкости/газа.

Деталь представляет собой геометрическое тело не сложной конфигурации, имеет вид цилиндра с ушами для крепления (рисунок 1.1 и 1.2).

Деталь «Стакан» эксплуатируется в условиях воздействия циклических и динамических нагрузок, в связи с этим при изготовлении детали необходимо предусмотреть из материалов обеспечивающих надежную работу как детали в частности, так и агрегата в целом. Наиболее полно всем описанным требованиям эксплуатации отвечает серый чугун СЧ20, ГОСТ 1412-85 [1]. Физико-механические свойства СЧ20 и химический состав приведены в таблицах 1.1 и 1.2, соответственно.

 

Таблица 1.1 – Физико-механические свойства СЧ20

Марка серого чугуна	Временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), σВ, МПа	Относительное удлинение δ, %	Твердость по Бринеллю, НВ
СЧ20			189 – 229

 

Таблица 1.2 – Химический состав СЧ20

В процентах

Марка серого чугуна	Массовая доля элементов
не более
СЧ20	C	Si	Mn	S	P
3,4 – 3,6	1,8 – 2,2	0,5 – 0,6	0,04 – 0,06	0,04 – 0,06

 

Рисунок 1.1 – 2D чертеж детали «Стакан»

 

Построение 3D модели детали «Стакан» (рисунок 1.2) выполняли с использованием программного комплекса SolidWorks 2015,предназначенного для твердотельного параметрического моделирования. Геометрическое тело детали формировали с помощью набора элементов, таких как вытянутая бобышка, скругление, вытянутый вырез, повернутая бобышка, зеркальное отражение, бобышка по сечениям и других.

 

 

Рисунок 1.2 – 3D чертеж детали «Стакан»

 

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

 

В настоящее время в литейном производстве применяется большое количество методов изготовления отливок. От правильного выбора метода изготовления отливки во многом зависит экономическая эффективность производства. Отливка «Стакан» относится к группе среднего чугунного литья. Изготовление ее возможно многими существующими методами, однако каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Кокильное литье для производства рассматриваемой отливки малопригодно, поскольку чрезмерно быстрое охлаждение расплава может привести к образованию отбела, для предотвращения чего необходимо будет подогревать или облицовывать кокиль. Это в свою очередь приведет к усложнению технологического процесса.

Существующие методы точного литья (литье по выжигаемым, газифицируемым и выплавляемым моделям, литье в оболочковые песчано-смоляные или керамические формы) применяются при изготовлении качественных отливок ответственного (и особо ответственного) назначения, сложной конфигурации. Эти методы характеризуются, помимо высокой точности и качества литья, низкой производительностью и высокой стоимостью литья. Поскольку отливка «Стакан» имеет простую геометрическую форму и не относится к группе ответственного литья, изготовление ее методами точного литья приведет к необоснованному повышению себестоимости изготовления литых заготовок.

Наиболее рациональным способом изготовления описываемой отливки является литье в сырые песчано-глинистые формы. Преимуществами этого метода изготовления отливок является низкая себе стоимость, не дефицитность формовочных материалов, возможность их многократного использования, достаточная степень точности и качество литой поверхности при использовании современных методов уплотнения формовочной смеси.

В настоящее время одним из наиболее совершенных методов изготовления разовых песчано-глинистых форм является Seiatsu-процесс.

Изготовление форм по Seiatsu-процессу происходит в три этапа:

− заполнение опоки и наполнительной рамки формовочной смесью;

− предварительное уплотнение воздушным потоком;

− доуплотнение многоплунжерной головкой, плоской или профильной плитой.

Такое сочетание пневматического и механического воздействий позволяет получить форму с высокими плотностью (практически одинаковой по высоте опоки) и запасом газопроницаемостью. Исключение из технологического процесса получения форм вибрационного уплотнения позволяет свести к минимуму динамические нагрузки на фундамент формовочных аппаратов и вредное воздействие на рабочих шума и вибрации.

С целью обеспечения возможности массового производства детали «Стакан» предусматриваем ее изготовление на автоматической формовочной линии. Используем автоматическую формовочную линию с горизонтальной плоскостью разъема HWS, с габаритом формы 850х1000х300 мм.

Линия «HWS» служит для изготовления отливок широкой номенклатуры в разовые формы. Формы изготавливают из песчано–глинистой смеси в специальных стальных опоках по Seiatsu-процессу. Выбивка форм производится методом выдавливания кома формовочной смеси с отливками из опок на выбивной решетке, на которой производится отделение отливки от формовочной смеси. Сборку форм на литейном конвейере, заливку форм, охлаждение и выбивку осуществляем в автоматическом режиме.

Для изготовления отливки используем три стержня.