Проектирование литейной формы

3.11 Выбор размеров галтелей

Сопряжение стенок отливки должно быть плавным. Поверхность внутренних скруглений называется галтелью, наружных – закруглениями.

Галтели и закругления облегчают извлечение модели из формы, предупреждают появление усадочных и газовых раковин в отливке. Радиус галтелей определяется как 1/3 или 1/5 средней арифметической толщины двух смежных стенок, образующих угол в модели. Внешний радиус закруглений при формовке на АФЛ рекомендуется принимать 2 мм. В данном проекте радиус галтели 3 мм.

3.12 Литейная усадка сплава, припуски на усадку в моделях

Важным литейным свойством металлов и сплавов является усадка – изменение объема и линейных размеров отливок в результате термического сжатия, фазовых превращений и силового взаимодействия с формой в процессе затвердевания и остывания. Обычно припуски на литейную усадку отливки определяются опытным путем и учитываются при корректировке рабочих размеров комплекта. Усадка ВЧ 45 равна 1,0-1,5%, стр. 191 [11].

3.13 Расчет массы припусков

Данный расчет необходим для того, чтобы определить массу отливки, которая будет равна массе литой детали и припусков на механическую обработку.

gотл. = gл.д. + ∑ gприп., кг                                                                                                                (1)

где gотл. – масса отливки, кг;

gл.д. – масса литой детали, кг;

∑ gприп. – сумма масс припусков на механическую обработку.

Сумма масс припусков на механическую обработку равна сумме всех масс припусков данной отливки, и рассчитывается по формуле:

∑ gприп. = gприп.1 + gприп.2 + gn, кг                                                                                    (2)

Масса каждого припуска рассчитывается по формуле:

gприп. = (Vприп. × γм) / 1000, кг                                                                                                  (3)

где Vприп. – объем припуска, см3;

γм – плотность расплава, г/см3 (γм = 7,1 г/см3)

Для простоты расчета припусков представляем их в виде простых геометрических фигур:

V = π (R2 – r2) H, см3                                                                                                                (4)

где H – высота полого цилиндра, см;

R – наружный радиус, см;

r – внутренний радиус, см;

V – объем припуска, см3

Используя формулу (4), находим объем припусков.

H1 = 0,25см,              R1 = 4,1 см,                            r1 = 2,85 см

V1 = 3,14×(4,12 – 2,852)×0,25 = 6,82 см3

H2 = 3,2 см,                            R2 = 3,1 см,                            r2 = 2,85 см

V2 = 3,14×(3,12 – 2,852)×3,2 = 14,95 см3

H3 = 2,1 см                            R3 = 2,6 см                            r3 = 2,35 см

V3 = 3,14×(2,62 – 2,352)×2,1 = 8,16 см3

Используя формулу (3) находим массу припусков:

gприп.1 = (6,82×7,1) / 1000 = 0,05 кг

gприп.2 = (14,95×7,1) / 1000 = 0,1 кг

gприп.3 = (8,16×7,1) / 1000 = 0,06 кг

Находим объем припусков, используя следующую формулу:

V = πR2H, см3                                                                                                                                            (5)

где H – высота цилиндра, см;

R – радиус основания цилиндра, см;

R4 = 2 см,                            H4 = 0,03 см

V4 = 3,14×4×0,03 = 0,3768 см3

Так как таких припусков четыре, то

∑ V4-7 = 4×V4, см3                                                                                                                                            (6)

∑ V4-7 = 4×0,3768 = 1,51 см3

Используя формулу (3), находим массу припусков:

gприп.4-7 = (1,51×7,1) / 1000 = 0,01 кг

Используя формулы (5, 6, 3) находим массу остальных припусков

H8 = 1,4 см,                            R8 = 0,6 см

V8 = 3,14×0,62×1,4 = 1,58 см3

∑ V8-11 = 4×1,58 = 6,32 см3

gприп.8-11 = (6,32×7,1) / 1000 = 0,045 кг

Используя формулу (2), находим сумму масс припусков

∑ gприп. = 0,05 + 0,1 + 0,06 + 0,01+ 0,045 = 0,265 кг

Находим массу детали по формуле (1)

gотл. = 2,935 + 0,265 = 3,2 кг

4 Описание конструкции модели

Исходным документом при проектировании модельного комплекта является чертеж отливки, Выполненный в соответствии с ГОСТ 3.1125-88.

Модельные плиты и модели для автоматической формовки должны быть с повышенной жесткостью и прочностью, так как формы уплотняются на автоматических формовочных линиях автоматическими формовочными машинами под высоким давлением прессования 40 кг/см2. Для уменьшения прилипания формовочной смеси к поверхности металлической модели и плиты, последние имеют систему электрообрыва; температура модельной плиты должна быть на 25°С выше температуры формовочной смеси и поддерживаться автоматически.

Для точной фиксации опоки на модельной плите имеются центрирующие штыри, а также центрирующие и направляющие втулки. Штыри и втулки изготавливают из стали 30.

Модели и модельные плиты изготавливают из конструкционной стали, из серого чугуна марки СЧ 25; углубления и вкладыши в модельных плитах изготавливают из оловянистых бронз.

4.1 Конструирование литниковой системы

Литниковая система для обработки чугуна в форме включает реакционную камеру, в которую помещают добавки. Для выполнения своих основных функций литниковая система не должна захватывать атмосферный воздух и газы из формы, обеспечивать в процессе заливки полное заполнение реакционной камеры металлом, надежно препятствовать попаданию в полость отливки нерастворившегося модификатора, обеспечивать постоянство параметров взаимодействия потока расплава с модификатором.

Литниковая система внутриформенного модифицирования высокопрочного чугуна состоит из литниковой воронки, стояка, реакционной камеры, литниковых ходов, шлакоуловителя и питателей. Для получения высокопрочного чугуна из расплава с повышенным содержанием примесей (более 0,01% S) рекомендуется литниковая система, в которой в качестве шлаковика используется центробежный шлакоуловитель. Данная литниковая система позволяет применять в качестве реагента не только Fe-Si-Mg лигатуру типа СМг7КО,З, но и модифицирующую смесь, состоящую из гранулированного магния и ферросилиция. Допускается дополнительная установка в центробежный шлакоуловитель фильтрующей сетки из керамики.

При конструировании литниковой системы нужно:

1)     Определить положение отливки в форме и место подвода металла.

2)     При необходимости рассчитать прибыли и определить их расположение в опоке.

3)     Принимая во внимание особенности расположения отливок на подмодельной плите, можно пользоваться как одноручьевой, так и двуручьевой литниковой системой.

4)     Определить общую металлоемкость формы (кг), включая металлоемкость отливок, прибылей и литниковой системы – принять 50% от веса отливок в форме.

5)     По металлоемкости формы определяются основные параметры литниковой системы исходя из расхода лигатуры СМг7КО,З в количестве 1,2% при содержании серы в исходном расплаве после рафинирующей обработки до 0,02%.

Таблица 6 Параметры одноручьевой литниковой системы

5 Описание конструкции стержневых ящиков

Для уплотнения стержней массой до 2,5 кг целесообразно применять автоматы с быстродействующей смесью. Стержни изготавливают в горячих ящиках, что позволяет исключить сушку стержней, повысить производительность труда, прочность и точность стержней, автоматизировать их изготовление. Процесс твердения смеси в ящике протекает при температуре 200-250°С, поэтому ящик должен быть достаточно жестким, способным противостоять короблению вследствие периодического нагрева и охлаждения. Материал стержневых ящиков должен иметь высокую теплопроводность и теплоаккумулирующую способность, малый коэффициент теплового расширения, высокую прочность и химическую стойкость по отношению к связующим. Этим требованиям наиболее полно отвечает серый чугун. Заготовки стержневых ящиков подвергают многократному отжигу при температуре 600-650°С для уменьшения их деформации при нагреве. При изготовлении стержней ящики нагревают в печах, а также встроенными электрическими нагревателями или газовыми горелками.

Горячий ящик с горизонтальным разъемом состоит из верхней и нижней половин. Нижняя половина ящика установлена на плите, внутри которой располагается нагревательный элемент. Стержневая смесь из резервуара машины вдувается в ящик, когда он поджат к резервуару машин. При этом водоохлаждаемые сопла с резиновыми наконечниками входят в соответствующие отверстия в плите, что предотвращает прорыв смеси при надуве ее в ящик. Воздух из ящика удаляется через венты, и смесь в ящике уплотняется под действием кинетической энергии песчано-воздушной струи и перепада давлений в резервуаре стержневой машины и ящике. После надува смеси и отвердения ее в ящике, последний опускается, а стержень остается в нижней половине ящика и затем толкателями выталкивается из него. Из рабочего пространства ящика стержень удаляется вилочным съемником манипулятора.

6 Технологический процесс изготовления стержней

Сушка стержней – одна из наиболее продолжительных операций процесса их изготовления. Этого недостатка не имеет способ изготовления стержней из смесей с быстродействующими связующими – синтетическими смолами – в горячих стрежневых ящиках. Поэтому, при выборе технологического процесса изготовления стержней, принимаем способ изготовления по нагреваемой оснастке.

Сущность процесса состоит в том, что стержневая смесь с быстродействующим связующим с помощью пескострельной машины вдувается в стержневой ящик, предварительно нагретый до оптимальной температуры. Под действием теплоты связующее при нагреве затвердевает, придавая стрежню прочность. После непродолжительной выдержки (20-30 сек.), в зависимости от связующего и размеров стержня, ящик раскрывают и извлекают сухой и прочный стержень. Прочность его достаточна для транспортировки и постановки в форму. Получаемые стержни обладают высоким качеством (повышенная геометрическая точность и чистота поверхности).

Для устранения прилипания стержневой смеси рабочую поверхность ящика покрывают разделительным составом из 3%-ного раствора каучука СКТ в уайт-спирите. Его наносят с помощью пульверизатора на поверхность ящика, нагретую до 80-100°С и подсушивают 10-15 минут. Последующие покрытия наносят при рабочей температуре. Стойкость покрытия 20-50 стержней.

В данном проекте в процессе изготовления стержней используем смесь следующего состава:

Таблица 7  Состав стержневой смеси