Технологическая оснастка изготовления отливки детали

Работа из раздела: «Производство и технологии»

Министерство образования Российской Федерации

Тульский государственный университет

Кафедра «Оборудование и технология сварочного и литейного производства»

Контрольно-курсовая работа

по курсу «Технология конструкционных материалов»

Выполнил: студент группы 121311 Смирнов А.Ю.

Проверил: Черкес З.А.

Тула 2003

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНО-КУРСОВУЮ РАБОТУ
ВВЕДЕНИЕ
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Сущность литейного производства
Элементы литейной формы
Литейные сплавы
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНЫХ ФОРМАХ
Модельный комплект
Формовочные и стержневые смеси
Литниковые системы
Изготовление литейных форм
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ
МАРШРУТНАЯ КАРТА
ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН РЕЗАНЬЕМ
ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ
Характеристика метода фрезерования
Фрезерование паза
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНО-КУРСОВУЮ РАБОТУ
1. Разработать технологическую оснастку изготовления отливки детали (см. рис. на следующей странице) способом литья в песчано-глиняной форме. Описать технологический процесс приготовления формы отливаемой детали одним из способов машинной формовки.
2. Разработать технологический процесс изготовления детали (маршрутная карта) и рассчитать режимы резания (фрезерования).
ВВЕДЕНИЕ
Для изготовления вилки (в дальнейшем - деталь) необходимо воспользоваться способом изготовления деталей, именуемого литьем. В данной работе рассмотрен способ литья в песчано-глиняные формы с использованием машинной формовки.
В данной работе приведены чертежи технологической оснастки для изготовления отливки изготовляемой детали, а также чертеж разъемного стержневого ящика для производства стержня; описан технологический процесс приготовления формы отливаемой детали пленочно-вакуумной формовкой - одного из способов машинной формовки; разработан технологический процесс изготовления детали (маршрутная карта), произведены расчеты режима резания (в данном случае фрезерования).
Для упрощения понимания технологии изготовления детали в данной работе приведены некоторые схемы, эскизы и рисунки.
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Сущность литейного производства
Литейное производство - отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специально подготовленную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.
Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, в кокиль, под давлением, центробежное литье и другие. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.
Элементы литейной формы
Литейная форма - это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. Форма обычно состоит из нижней и верхней полуформ, которые изготовляют по литейным моделям в литейных опоках.
Литейные опоки - приспособления для удерживания формовочной смеси при изготовлении формы. Верхнюю и нижнюю полуформы взаимно ориентируют с помощью цилиндрических металлических штырей, вставляемых в отверстия приливов у опок.
Для образования полостей, отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают литейные стержни, которые фиксируют с помощью выступов (стержневых знаков), входящих в соответствующие впадины в форме. Литейные стержни изготовляют по стержневым ящикам.
Для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, ее заполнения и питания отливки при затвердении используют литниковую систему. После заливки расплавленного металла, его затвердевания и охлаждения форму разрушают, извлекая отливку.
Литейные сплавы
Для производства отливок используются сплавы черных металлов: серые, высокопрочные, ковкие и другие виды чугунов; углеродистые и легированные стали; сплавы цветных металлов; медные (бронзы и латуни), цинковые, алюминиевые и магниевые сплавы; сплавы тугоплавких металлов: титановые молибденовые, вольфрамовые и другие.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНЫХ ФОРМАХ
Модельный комплект
Модельный комплект - это совокупность технологической оснастки и приспособлений, необходимых для образования в форме полости, соответствующей контурам отливки. В модельный комплект включают модели, модельные плиты, стержневые ящики, модели элементов литниковой системы и другие приспособления.
Литейная модель - приспособление, при помощи которого в литейной форме получают полость с формой и размерами близкими к конфигурации получаемой отливки. Литейные модели бывают неразъемными, разъемными, с отъемными частями и другие.
Модельная плита - металлическая плита с закрепленными на ней моделями и элементами литниковой системы. Ее применяют, как правило, при машинной формовке.
Стержневой ящик - приспособление, служащее для изготовления стержней. Стержневые ящики бывают цельными, разъемными, вытряхными и другими.
Исходным документом для разработки чертежа модельно-литейных указаний является чертеж детали, на котором указаны разъем модели и формы, положение отливки в форме при заливке, припуски на механическую обработку формовочные уклоны, число стержней, размеры стержневых знаков, границы стержней и т. п.
Припуск на механическую обработку - слой металла, удаляемый в процессе механической обработки отливки с ее обрабатываемых поверхностей для обеспечения заданной геометрической точности и качества поверхности детали. Припуск на механическую обработку зависит от материала отливки, способа ее изготовления, расположения отливки в форме и наибольшего габаритного размера отливаемой детали.
Формовочные уклоны служат для удобства извлечения модели из формы без ее разрушения и для свободного удаления стержня из стержневого ящика. Уклоны выполняют в направлении извлечения модели из формы. Величина уклона зависит от материала модели, способа изготовления отливки и высоты боковой поверхности и составляет 0,5-3°.
Галтели - скругления внутренних углов поверхности модели. Галтели облегчают извлечение модели из формы, предотвращают появление трещин и усадочных раковин в отливке. Радиус галтели принимают от 1/5 до 1/3 средней арифметической толщины стенок, образующих угол модели.
Модели и стержневые ящики для единичного и серийного производства изготовляют деревянными, а для массового производства - из чугуна, алюминиевых сплавов, пластмасс.
Металлические модели, модельные плиты и стержневые ящики изготовляют из литых заготовок, полученных литьем в песчаные формы по деревянным моделям. Заготовки затем обрабатывают на универсальных токарных, фрезерных, шлифовальных, сверлильных и других станках. После обработки модели монтируют на заранее подготовленных плитах.
Металлические модельные плиты и стержневые ящики используют в массовом и крупносерийном производствах. Они более долговечны, точны, имеют малую шероховатость поверхности и не деформируются при хранении.
Формовочные и стержневые смеси
Формовочная смесь - это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Формовочные смеси по характеру использования разделяют на облицовочные, наполнительные и единые.
Облицовочная смесь - это формовочная смесь, используемая для изготовления рабочего слоя формы. Такие смеси содержат повышенное количество исходных формовочных материалов (песка и глины) и имеют высокие физико-механические свойства.
Наполнительная смесь - это формовочная смесь для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Поэтому ее приготовляют путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов (песка и глины). Облицовочные и наполнительные смеси используют при изготовлении крупных и сложных отливок.
Единая смесь - это формовочная смесь, применяемая одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. Такие смеси применяют при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производстве. Единые смеси приготовляют из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью, чтобы обеспечить их долговечность.
По роду заливаемого металла различают формовочные смеси для стального, чугунного и цветного литья.
Формовочные смеси должны иметь высокую огнеупорность, достаточную прочность и газопроницаемость, пластичность, податливость.
Стержневая смесь - это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных стержней. Стержни при заливке расплавленного металла испытывают значительные тепловые и механические воздействия по сравнению с формой, поэтому стержневые смеси должны иметь более высокую огнеупорность, газопроницаемость, податливость, малую газотворную способность, легко выбиваться из отливок и т. д.
Стержневые смеси в зависимости от способа изготовления стержней разделяют на смеси с отверждением стержней тепловой сушкой; с отверждением стержней в нагреваемой оснастке, жидкие самотвердеющие смеси; жидкотвердеющие смеси, отверждаемые углекислым газом; холоднотвердеющие твердеющие смеси на синтетических смолах.
Литниковые системы
Литниковая система - это система каналов, через которые расплавленный металл подводят в полость формы. Литниковая система должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержание шлака и других неметаллических включений, выход паров и газов из полости формы, непрерывную подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке.
Изготовление литейных форм
Основные операции изготовления форм (формовки): уплотнение формовочной смеси для получения точного отпечатка модели в форме и придание форме достаточной прочности; устройство вентиляционных каналов для вывода газов из полости формы, образующихся при заливке; извлечение модели из формы; отделка и сборка форм. По степени механизации различают формовку: ручную и машинную.
Ручную формовку применяют для получения одной или нескольких отливок в условиях опытного производства, при изготовлении крупных отливок (массой до 200 т). На практике используют различные приемы ручной формовки:
1) формовка в парных опоках по разъемной модели (наиболее распространена);
2) формовка шаблонами (применяют в единичном производстве для получения отливок, имеющих конфигурацию тел вращения);
3) формовка в кессонах (применяют при изготовлении крупных отливок массой до 200 т);
4) формовка в стержнях (применяют в массовом и крупносерийном производстве при изготовлении отливок сложной конфигурации);
5) формовка с использованием жидкостекольных смесей (применяют при изготовлении отливок массой до 40 т в серийном и единичном производствах).
Машинную формовку применяют для производства отливок в массовом и серийном производствах. При формовке на машинах формы изготовляют в парных опоках с использованием односторонних металлических модельных плит. Машинная формовка механизирует установку опок на машину, засыпку формовочной смеси в опоку, уплотнение смеси, удаление моделей из формы, транспортирование и сборку форм. Машинная формовка обеспечивает высокую геометрическую точность полости формы по сравнению с ручной формовкой, повышает производительность труда, исключает трудоемкие ручные операции, сокращает цикл изготовления отливок. При машинной формовке формовочную смесь уплотняют прессованием, встряхиванием, пескометом, вакуумной формовкой и другими способами.
Опишем технологический процесс пленочно-вакуумной формовки (рис. 1). Ее осуществляют в следующей последовательности: модельную плиту 1 с моделью 2 накрывают разогретой полимерной пленкой толщиной не более 0,1 мм. Вакуумным насосом в воздушной коробке 7 создают вакуум 2,6-5,2 МПа. Пленка 6 плотно прижимается к модели и модельной плите. На модельную плиту устанавливают опоку 3, которую заполняют сухим кварцевым песком 5, уплотняют его с помощью вибрации и выравнивают открытую верхнюю поверхность опоки. На верхнюю поверхность накладывают разогретую полимерную пленку 4, которая за счет разряжения 4-6 МПа плотно прилегает к опоке, что способствует уплотнению песка и устойчивости формы. После этого полуформу снимают с модели.
Рис. 1. Схема пленочно-вакуумной формовки
отливка форма обработка фрезерный
Изготовляют как верхнюю, так и нижнюю полуформу, затем форму собирают. Вакуумирование продолжается не только при изготовлении полуформ, но и при их сборке, заливке и затвердевании залитого металла. При заливке металла в форму пленка сгорает. Продукты сгорания играют роль противопригарного покрытия. Этим способом изготовляют формы для отливок массой 0,1-10 т на автоматических формовочных линиях.
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ
Основой для разработки технологического процесса изготовления отливки является чертеж изготовляемой детали. На копии чертежа детали в соответствии с ГОСТ 2.423-73 наносят технологические указания, необходимые для изготовления молельного комплекта, формы и стержня, и получают чертеж элементов литейной формы. Кроме того, разрабатывается документация (технологическая карта), которая содержит необходимые сведения по этапам изготовления отливки.
Рис. 2. Литейно-модельные указания для изготовляемой детали
При разработке чертежа (эскиза) «Элементы литейной формы» исходят из условия обеспечения качества отливки и экономичности ее изготовления. Выбирая плоскость разъема, следует помнить, что наиболее ответственные поверхности отливки целесообразно располагать в нижней части формы или вертикально, так как в верхней части отливки скапливаются дефекты -- газовые раковины и шлаковые включения. Плоскость разъема выбирают с учетом удобства формовки и извлечения модели из формы. Кроме того, желательно, чтобы отливка или, по крайней мере, ее базовые поверхности для механической обработки были расположены в одной полуформе.
На рис. 2 приведены литейно-модельные указания для изготовляемой детали. Припуски на механическую обработку 1 и размеры знаковых частей стержня определены ГОСТом. Чертеж (эскиз) «Элементы литейной формы» служит основой для разработки модельного комплекта: модели и стержневых ящиков. На рис. 2 обозначены все стержни 2, форма и размеры стержневых знаков 3, границы стержней, указаны плоскости набивки стержней. Также предусмотрены формовочные уклоны 5, служащие для удобства извлечения модели из формы без ее разрушения, и галтели 4 в местах сопряжения стенок - скругления внутренних углов поверхности модели. Размеры моделей выполняют с учетом припусков на механическую обработку, технологических припусков и усадки сплава, из которого изготавливают отливку. Отверстия, впадины и т. п., не выполняемые при изготовлении отливки детали, зачеркнуты сплошной тонкой линией 6.
На рис. 3 показаны деревянные стержневые ящики, предназначенные для ручного изготовленья стержня.
Рис. 3. Стержневые ящики
При машинном изготовлении формы применяют металлические модельные плиты, на которых монтируют модели и элементы литниковой системы. На рис. 4 показана нижняя, а на рис. 5 верхняя модельные плиты для изготовления формы.
Рис. 4. Нижняя модельная плита:
1 - модель
2 - питатели
Рис. 5. Верхняя модельная плита:
3 - шлакоуловитель
4 - стояк
5 - выпоры
Эскиз собранной литейной формы (вертикальный разрез) для разрабатываемой технологии изготовления отливки приведен на рис. 6, а готовой отливки с литниковой системой - на рис. 7. Литейная форма в сборе состоит из следующих элементов: полости формы 1, стержня 2, формовочной смеси 3, опоки нижней 4, опоки верхней 5, питателя 6, шлакоуловителя 7, стояка 8, лнтииковой чаши 9, выпора 10, газоотводящих каналов 11.
Рис. 6. Литейная форма
Рис. 7. Эскиз готовой отливки с литниковой системой
После выбивки отливки - процесса удаления затвердевших и охлажденных до определенной температуры отливки из литейной формы без разрушения литейной формы - необходимо произвести обрубку отливок - процесс удаления с отливки прибылей, литников, выпоров и заливов (облоев) по месту сопряжения полуформ, - а так же очистку отливки - процесс удаления пригара, остатков формовочной и стержневой смеси с наружных и внутренних поверхностей отливки.
МАРШРУТНАЯ КАРТА

НОМЕР ОПЕРАЦИИ	ОПЕРАЦИЯ ФОРМОВКИ
1	Установить на модельную плиту нижнюю половину модели, модели питателей и нижнюю опоку.
2	В опоку засыпать формовочную смесь и уплотнить.
3	Опоку перевернуть на 180 градусов, установить верхнюю половину модели, модели шлакоуловителя, стояка, выпора.
4	По центрирующим штырям установить верхнюю опоку, засыпать формовочную смесь и уплотнить.
5	Извлечь модели стояка и выпора.
6	Раскрыть форму.
7	Из полуформ извлечь модели отливки, модели питателей и шлакоуловителей.
8	В нижнюю полуформу установить стержень.
9	Накрыть нижнюю полуформу верхней.
10	Сверху положить гнет.
11	Залить расплавленный металл.
12	После кристаллизации металла разрушить форму и извлечь отливку.
13	Выбить стержень.
14	Соответственно чертежу фрезеровать.

ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН РЕЗАНЬЕМ
ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ
Характеристика метода фрезерования
Фрезерование - один из высокопроизводительных и распространенных методов обработки поверхностей заготовок многолезвийным режущим инструментом - фрезой.
Технологический метод формообразования поверхности фрезерованием характеризуется главным вращательным движением инструмента и обычно поступательным движением подачи. Подачей может быть и вращательное движение заготовки вокруг оси вращающегося стола или барабана (карусельно-фрезерные и барабанно-фрезерные станки).
На фрезерных станках обрабатывают горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости, фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля. Особенность процесса фрезерования - прерывистость резания каждым зубом фрезы. Зуб фрезы находится в контакте с заготовкой и выполняет работу резания только на некоторой части оборота, а затем продолжает движения, не касаясь заготовки, до следующего врезания.
Фрезерование паза
Рис. 8. Паз для фрезерования
Для фрезерования паза (рис. 8) применим дисковую трехстороннюю сборную со вставными зубьями фрезу диаметром D=350 мм и числом зубьев z=0,06D=21 (для скоростной обработки стали). Т. к. , то выбранная фреза является фрезой с крупным зубом. Выбираем радиальные геометрические параметры фрезы. Материал фрезы - Сталь Р9, число зубьев - z=21, ширина фрезы - B=30 мм. По таблице 2 (глава IV, [5]) выбираем значение переднего угла г=15°. По таблице 3 (там же) выбираем значение заднего угла б=12° и значение вспомогательного заднего угла б1=6°. По таблице 5 (там же) выбираем значение вспомогательного угла в плане ц1=2°.
По размерам и характеру обработки задаемся глубиной резания. Паз фрезеруем за один проход, поэтому t=130 мм.
По характеру обработки задаемся значением подачи. По таблице 64 (глава VI, [4]) выбираем подачу на зуб Sz=0,03. Т. к. обработка черновая, то в соответствии с примечанием 2 (там же) увеличиваем подачу в 2 раза. Окончательно имеем Sz=0.06.
Задаемся периодом стойкости фрезы. По таблице 17 (глава VII, [4]) экономический период стойкости Т=300 мин.
Определяем скорость резания:
1) по параметрам фрезы и режима резания определяем скорость резания:
,
где Cv - постоянный коэффициент; D - диаметр фрезы; T - стойкость фрезы; t - глубина фрезерования; Sz - глубина подачи на зуб; z - число зубьев фрезы; B - ширина фрезерования.
По таблице 70 и 71 (глава VI, [4]) при обработке конструкционной стали (Сталь 40 ГОСТ 1050-74, ув = 60 кгс/мм2) фрезой из быстрорежущей стали имеем: Cv =75,5; m = 0,2; xv = 0,3; yv =0,2; nv =0,1; Zv = 0,1; qv=0,25.
Тогда
.
2) Определяем поправочный коэффициент, учитывающий свойства (прочность) обрабатываемого материала:
По таблице 76 (там же) имеем: Pv=0.6. Тогда
3) Находим поправочный коэффициент, учитывающий обрабатываемость стали (Сталь 40 ГОСТ 1050-74, ув = 60 кгс/мм2). По таблице 73 (там же) данной стали, имеем k0=0,8.
4) Находим поправочный скоростной коэффициент, учитывающий марку материала обрабатывающего инструмента (фрезы). По таблице 72 (там же) имеем kи=1 (для инструментальной стали Р9).
5) Окончательно определяем истинную скорость резания:
.
Определяем число оборотов шпинделя:
.
По паспорту станка 6Н84 принимаем корректировочное число оборотов шпинделя nk = 20 об/мин.
Определяем корректированную скорость резания:
.
Определяем среднюю окружную силу резания:
1) по параметрам фрезы и режима резания определяем условную среднюю окружную силу резания:
.
По таблице 80 (глава 6, справочник [3]) имеем: Ср=82; хр=1,1; yр=0,8; Zp=0,95; qp=-1,1; тогда
.
2) Определяем поправочный силовой коэффициент, учитывающий скорость резания. Т. к. Vk=175,84 об/мин, то по таблице 81 (глава VI, [4]) kv=0,9.
3) Находим поправочный силовой коэффициент, учитывающий значение переднего угла. По таблице 81 (там же) kг=1,4.
4) Определяем истинную среднюю окружную силу резания:
.
Определяем среднюю необходимую эффективную мощность:
.
Определяем минутную подачу:
.
По паспорту станка 6Н84 принимаем корректировочную минутную подачу SMk=25 об/мин.
Определяем средний крутящий момент резания и сравниваем с крутящим моментом, который развивает станок при выбранном числе оборотов шпинделя:
.
Средний крутящий момент резания меньше крутящего момента станка, взятого из паспорта: 340,48 кгс·м < 860 кгс·м.
Определяем основное технологическое время обработки:
.
Путь перебега ln принимаем равным 2...3 мм:
, тогда
.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Технология конструкционных материалов. Под общей редакцией Дальского А.М. М.: «МАШИНОСТРОЕНИЕ», 1985
2. Резание материалов. Грановский Г.И., Грановский В.Г. М.: «Высшая школа», 1985.
3. Основы теории резания материалов. Бобров В.Ф. М.: «МАШИНОСТРОЕНИЕ», 1975.
4. Справочник металлиста. Под общей редакцией Ачеркан Н.С. М.: ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, 1960. Том 4.
5. Справочник металлиста. Под общей редакцией Ачеркан Н.С. М.: ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, 1960. Том 5.