курсач. счастлива. Министерство высшего образования и науки рф фгбоу во Ижгту им. М. Т. Калашникова
 Скачать 139.84 Kb.
|
|
Министерство высшего образования и науки РФ ФГБОУ ВО «ИжГТУ им.М.Т.Калашникова» Кафедра «КТПМП» Отчёт по лабораторной работе по дисциплине «Проектирование заготовок в машиностроении» Проектирование заготовки – отливки Выполнила: студент гр.Б16-721-4 Г.С.Соловьева Принял: канд.техн.наук, доцент КТПМП А.В.Кабакова Ижевск, 2020 Исходные данные  Деталь — «Крышка» Материал — Сталь 45 Тип производства — мелкосерийное Деталь «Крышка» типа «полый цилиндр». Габаритные размеры детали Ø108мм. Масса детали 0,32 кг, материал сталь 45 ГОСТ 1050-2013. Точность размеров и шероховатость
Остальные размеры по 14 квалитету, неуказанная шероховатость Ra 6,3. Выбор множества возможных способов литья Литьем получают заготовки путем заливки жидкого металла в формы. Основные способы изготовления отливок - литье в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, кокильное и центробежное литье, литье под давлением, выжиманием. Последние пять способов называют специальными. Литье в песчаные формы, метод литья металлов и сплавов, при котором расплавленный металл заливается в форму, сделанную из плотно утрамбованного песка. Для того, чтобы песчинки были крепко связаны между собой, песок смешивают с глиной, водой и другими связующими веществами. Этот метод применяется для литья из стали, меди, бронзы и алюминия. Литье в песчаные формы — широко используемый е промышленности метод литья. Сначала, в соответствии с чертежами, делается деревянная модель изделия, затем она утапливается в песок в нижней части стального корпуса вплоть до ее самого широкого поперечного сечения (А). Затем монтируется верхняя часть формы. К нижнему корпусу за жимами прикрепляется верхний, образуя цельную коробку, а затем туда еще досыпается и утрамбовывается песок, таким образом, чтобы он покрыл всю модель целиком. В необходимых местах фиксируются литник и выпор (В). Отдельно делают внутренний литейный стержень из песка для того, чтобы можно было создать полость внутри будущей отливки. Песок форм, который первоначально был смешан с силикатом натрия, образует силика-гель, когда через него прокачивается углекислый газ. Этот -гель- имеет консистенцию сиропа и связывает песок. Затем корпус формы раскрывают и убирают деревянную модель. Стержень помещают в корпус формы, и форму опять собирают (С). Деревянный лит ник и выпор убираются. Расплавленный металл вливается в высушенную форму через конусообразный литник. Вытесняемый воздух выходит через выпор (D). После охлаждения корпус формы раскрывается и достается отливка (Е). Литник и выпор отрезаются, а песок выбивается. В готовой отливке (F) показана полость, образованная на месте стержня. Литье в оболочковые формы способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы). Оболочковую форму получают одним из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300°С, выдерживают в течение нескольких десятков сек до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 400°С) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки. Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс. Литье по выплавляемым моделям способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в неразъёмной, горячей и негазотворной оболочковой форме, рабочая полость которой образована удалением литейной модели выжиганием, выплавлением или растворением. При этом способе литья в пресс-формы (обычно металлические) запрессовывают модельный состав, который после затвердевания образует модели деталей и литниковой системы. Модельный состав удаляют, чаще всего выплавляя его в горячей воде (отсюда и название способа — литьё по выплавляемым моделям). Полученные оболочки прокаливают при температуре 800—1000°С и заливают металлом. Способ обеспечивает получение сложных по форме отливок массой от несколькихгдо десятков кг, со стенками толщиной от 0,5 мм и более, с поверхностью, соответствующей 4—6-му классам чистоты, и с высокой точностью размеров по сравнению с др. способами литья. Указанные особенности послужили причиной прежних названий способа — точное, или прецизионное литьё. Размеры отливок, полученных Л. по в. м., максимально приближены к размерам готовой детали, вследствие чего за счёт сокращения механической обработки снижается стоимость готового изделия. Методом Л. по в. м. изготовляют художественные отливки, ювелирные изделия, зубные протезы и др. изделия. Этот способ литья, являясь одним из древних, получил широкое промышленное применение в результате совершенствования технологии литейного производства и изучения свойств кремнийорганических соединений. Кокильное литье способ получения фасонных отливок в металлических формах — кокилях.В отличие от других способов литья в металлические формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при Л. в к. заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия на жидкий металл, а лишь под действием силы тяжести. Основные операции и процессы: очистка кокиля от старой облицовки, прогрев его до 200—300°С, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, простановка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление полученной отливки. Процесс кристаллизации сплава при Л. в к. ускоряется, что способствует получению отливок с плотным и мелкозернистым строением, а следовательно, с хорошей герметичностью и высокими физико-механическими свойствами. Однако отливки из чугуна из-за образующихся на поверхности карбидов требуют последующего отжига. При многократном использовании кокиль коробится и размеры отливок в направлениях, перпендикулярных плоскости разъёма, увеличиваются. В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и др. сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до 10000 раз (с простановкой металлических стержней). До 45% всех отливок из этих сплавов получают в кокилях. При Л. в к. расширяется диапазон скоростей охлаждения сплавов и образования различных структур. Сталь имеет относительно высокую температуру плавления, стойкость кокилей при получении стальных отливок резко снижается, большинство поверхностей образуют стержни, поэтому метод кокильного литья для стали находит меньшее применение, чем для цветных сплавов. Центробежное литье заключается в заливке жидкого металла во вращающуюся форму (изложницу), которая вращается до окончания кристаллизации металла. В этом случае, как и при кокильном литье, получают высокую точность размеров и аналогичный параметр шероховатости поверхности. За счет вращения изложницы достигается большая плотность металла отливки, повышается жидкотекучесть, практически отсутствуют затраты на изготовление стержней. При этом способе литья значительно снижается расход металла, так как отсутствует или очень мала литниковая система. За счет центробежных сил примеси, неметаллические включении скапливаются на внутренней поверхности отливки и могут быть удалены механической обработкой. К недостаткам центробежного литья следует отнести: неточность размеров и низкое качество внутренней полости отливки; трудность получения отливок из сплавов, склонных к ликвации; возможность возникновения продольных и поперечных трещин за счет высоких центробежных сил и затрудненной усадки отливки. Центробежное литье применяется для изготовления труб, втулок, маховых и зубчатых колес, ободов и т.п. Заготовки льют из чугуна, углеродистых и легированных сталей, иногда из цветных сплавов (фасонные отливки из титановых сплавов). Возможно изготовление биметаллических отливок. Литье под давлением состоит в том, что жидкий металл с большой скоростью заполняет полость металлической пресс-формы и кристаллизуется под давлением, Литье осуществляется на поршневых (1000...3600 заливок в час) и компрессионных (60...500 заливок в час) машинах. Главные особенности процесса: металлическая форма (включая и стержни) и высокое давление на жидкий металл. В связи с этим можно получить заготовки с толщиной стенок до 0,5 мм, точностью размеров до 9 квалитета и параметром шероховатости поверхности Rz = 40... 10 мкм. Главный недостаток литья под давлением — сложность и длительность изготовления пресс-формы, ее высокая стоимость и небольшая стойкость, особенно при изготовлении отливок из сплавов с высокой температурой плавления (например, стальное литье). В металлических пресс-формах трудно изготовить и извлечь отливки со сложными полостями. Из-за неподатливости формы возможно появление остаточных напряжений. Это ограничивает номенклатуру отливок и сплавов, из которых они могут быть изготовлены. Литьем под давлением получают сложные, близкие по конфигурации готовым деталям тонкостенные заготовки массой от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов из цинковых, алюминиевых, магниевых, медных и других сплавов. Возможно изготовление армированных отливок. Наиболее часто литье под давлением применяют в автомобильной, авиационной, электро- и радиопромышленностях, в приборостроении. По сравнению с литьем в песчаных формы масса отливки снижается в несколько раз, а затраты на изготовление одной отливки (при достаточно большой партии заготовок) на 16...36%. В то же время, возрастают затраты на оборудование и его ремонт (до 70%). Но в себестоимости изготовления детали эти затраты составляют около 10... 15%. Поэтому экономия затрат на материал отливки и снижение трудоемкости намного превышают затраты на изготовление и восстановление технологической оснастки. Из вышеперечисленных способов литья выбираем возможные способы для данной детали, руководствуясь следующими факторами: 1. Материалом детали (маркой литейного сплава). 2.Типом производства или размером единичной партии изготовляемых деталей. 3. Сложностью формы. 4. Габаритными размерами и массой детали. Выбор возможных способов литья
Из всех способов литья заготовку заданной детали возможно изготовить перечисляются подходящие способы. Сравним эти варианты. Бальная оценка выбранных способов литья 1. Тип производства отливок - мелкосерийное (МС) 2. Классификация литейных сплавов. Сталь 45 - номер группы МЛ2. 3. Классификация отливок по назначению. Отливка назначения — индекс А 4. Классификация отливок по массе. По чертежу детали массу проектируемой отливки в первом приближении можно определить по формуле: Gотл= G дет/ Кимср где Gдет - масса детали (по чертежу); Кимср  - усреднённый коэффициент весовой точности для отливок (независимо от способа литья), принимается равным 0,75.Gотл= 0,32/0,75=0,42 следовательно, индекс G1. 5. Классификация отливок по сложности С=Gотл/Gфиг С=0,42/0,29=1,4 где Gотл  – масса отливки; Gфиг – масса геометрической фигуры, в которую может быть вписана отливка по своим габаритным размерам.Gфиг=Vфиг * ρ Gфиг=38,09*7,85=299,0065г= 0,29кг где ρ - плотность материала отливки, г/см3, и равно 7,85 г/см3. Vфиг =3,14*1082 *1,04=38090мм3=38,09см3 С = 1,4 Степень сложности составила 1,4 - индекс C1 6. Классификация отливок по средней точности размеров летали. Среднюю точность размеров в квалитетах (ITср) определяют по формуле:   где k, m,..., n – количество размеров, выполняемых с точностью соответственно по ITх, ITу, … ITz квалитетам ITср= 12,75 Соответственно, индекс по средней точности размеров детали – Т1. 7. Весовые коэффициенты.
8. Выбор двух приоритетных способов литья методом балльной опенки. Выписываем классификационные индексы, определенные по п.п. 1 – 6 : - по типу производства – МС; - по материалу отливки – МЛ2; - по назначению – А; - по массе – G1; - по группе сложности – С1; - по средней точности – Т1. По каждому способу литья, включенному в группу для сопоставительного анализа, определяем суммарное количество баллов, соответствующих классификационным индексам с учетом весовых коэффициентов, по формуле:  где аi- весовые коэффициенты в зависимости от исходного параметра; Бij - количество баллов по каждому классификационному индексу (i=6) a способу литья (j=3), равное от 1 до 10 в зависимости от исходного параметра н классификационного индекса. Балы по каждому классификационному индексу
Бсум 1 цл= 0,25*5+0,20*6+0,10*1+0,15*1+0,20*2+0,10*2=3,3 Бсум 2 в землю= 0,25*8+0,20*9+0,10*8+0,15*1+0,20*7+0,10*1=6,25 Методом балльной оценки выбираем приоритетный способ литья: В землю  9. Сравнительная экономическая оценка приоритетных способов литья. Экономическую оценку способов получения заготовки будем производить по удельным текущим затратам Зт, которые рассчитываются по формуле:  где Сопт — средняя стоимость (оптовая цена производства единицы массы заготовок (проката, поковок, отливок и т.д.);  — условная стоимость механической обработки на 1 т. снимаемой стружки;Сотх – стоимость единицы массы возвратных отходов (оптовая цена на лом и стружку, у.е/кг); Смет — масса металла, расходуемого на производство одной заготовки, вычисляется по формуле  Центробежное литье:  В землю:  К1 - коэффициент выхода годного проката K1 = l; К2 - коэффициент выхода годных изделий при производстве поковок, отливок и т.п.К2 = 0,56; α, β — доля возвратных отходов соответственно в заготовительном (лом) и в механообрабатывающем (стружка) производствах. Массу проектируемой отливки для двух способов литья можно определить через коэффициент использования металла: Центробежное литье: G1 способотл=  =  В землю: G2 способотл=  =  0,516При выборе рациональной заготовки условную стоимость механической обработки ( ) более точно можно определить по следующей формуле: = 1,97*0,8*1,673*1*1,06*0,84=2,34где Сч, - средне-удельная стоимость одного станко-часа на черновых и получистовых операциях, Сч = 1,97 у.е/час; Тмо - средне-удельное время, необходимое для снятия единицы массы (1кг) стружки Тмо = 0,8 ч/кг; KТП - поправочный коэффициент, учитывающий тип производства- Для мелкосерийного типа производства KТП = 1,673; К0 - коэффициент, учитывающий обрабатываемость материала заготовки резанием, определяемый из выражения: Kо=1/Kv= 1/1,0=1 КV – относительная обрабатываемость резанием конструкционных материалов, для Сталь 45 КV = 1,0. КТ – коэффициент, учитывающий среднюю точность детали в квалитетах, при ITcp=12,7 КТ = 1,06 Кш – коэффициент, учитывающий среднюю шероховатость поверхностей детали, Kш = 0,84 Gудмо= 2,34 Основные исходные данные для определения ЗТ заносим в таблицу
З1 способТ=0,145*0,426+2,34*(0,426-0,32)-0,023[(0,760-0,426)*0,92+(0,426-0,32)*0,85]=0,39 З2 способТ= 0,347*0,516+2,34*(0,516-0,32)-0,023[(0,921-0,516)*0,92+(0,516-0,32)*0,85]=0,79 Вывод: так как удельные текущие затраты у литья в землю ниже, чем у литья центробежное, принимаем как наиболее рациональный метод получения заготовок – литье в землю. Проектирование отливки 1. Анализ технологичности конструкции детали Отливки должны иметь по возможности простую внешнюю и, особенно, внутреннюю форму с минимальным числом выступов, рёбер, пересекающихся отверстий. Все углы и переходы должны быть плавными, т.е. очерчены радиусами не менее 1 -2 мм. Поверхности отливок, перпендикулярные плоскости разъёма формы (пресс-формы), должны иметь формовочные (литейные) уклоны. Отливка должна располагаться в одной (лучше нижней) полу форме, либо иметь один плоский разъём. Толщина отливки должна быть не менее допустимой для конкретного способа литья, а переходы между стенками различной толщины - плавными. Конструкция отливки должна обеспечивать направленное затвердевание литейного сплава и достаточную сопротивляемость усадочным в термическим напряжениям. Отливки должны иметь удобные (простой формы и протяжённые) базовые поверхности для установки их при обработке резанием. Отливка должна быть компактной. Излишне крупные ("ветвистые") отливки следует расчленять на несколько частей (элементов). 2. Определение положения отливки в форме и конфигурации плоскости разъёма (ПР)  Конфигурация плоскости разъема и положение отливки в форме Отливка будет занимать вертикальное положение. Основная часть отливки будет располагаться в полуформе. Основные ответственные обрабатываемые поверхности будут находиться в нижнем положении. Выбранный разъём формы обеспечит беспрепятственное извлечение отливки из литейной формы. 3. Разделение поверхностей и конструктивных элементов на виды Все поверхности (конструктивные элементы) детали предварительно классифицируем на 3 вида: 1) Поверхности и элементы, не формируемые литьём, т.е. по технологическим соображениям их нельзя получить в отливке (как с| припуском, так и без припуска). 2) Поверхности и элементы, которые получаются окончательно, т.е. их дальнейшая механическая обработка может быть исключена. 3) Все остальные поверхности, которые для достижения требуемой точности и шероховатости (в соответствии с чертежом) подвергаются механической обработке. Поверхности и элементы, не формируемые литьём
Остальные поверхности детали для достижения требуемой точности и шероховатости (в соответствии с чертежом) подвергаются механической обработке. На эти поверхности назначаем припуски, определяем размер отливки, назначаем допуски и предельные отклонения, параметры шероховатости (Rz, Ra). 4. Определение класса точности размеров, массы, рядов припусков по ГОСТ Р 53464-2009. 4.1. Определяем класс размерной точности Для литья в землю, с наибольшим габаритным размером отливки от 100 до 250 мм, для термообрабатываемые стальные сплавы рекомендуемый класс размерной точности 8-13Т. Принимаю класс размерной точности при мелкосерийном типе производства – 13. 4.2. Определяем класс точности масс Для литья в землю, с номинальной массой отливки до 1 кг, для термообрабатываемые стальные сплавы рекомендуемый класс точности масс 6 — 13. Принимаю класс точности масс при мелкосерийном типе производства—13. 4.3. Определяем степень точности поверхности Для литья в землю, с наибольшим габаритным размером отливки от 100 до 250 мм, для термообрабатываемые стальные сплавы рекомендуемая степень точности поверхности 10 – 17. Принимаю степень точности поверхности при мелкосерийном типе производства — 17 4.4. Определяем ряды припусков на обработку отливки При степени точности поверхности равной 17, рекомендуемые ряды припусков на обработку 8 – 11. Принимаю ряд припусков для термообрабатываемых отливок из стальных сплавов – 10. 5. Назначение допусков на размеры отливки Для класса размерной точности равного 13 допуска на размеры отливки равны
5.1. Назначаем допуск массы отливки При 13 классе точности массы отливки и номинальной массе заготовки равной m = 0,516 кг, допуск массы отливки равен 32%. По ГОСТ Р 53464-2009 установлено симметричное расположение поля допуска массы относительно номинальной массы. 6. Назначаем шероховатость поверхностей отливки При степени точности поверхности равной 17 шероховатость поверхностей отливки равна Ra 80 мкм. 7. Определяем предельные отклонения смещения элементов и коробления отливки При 13 классе размерной точности и максимальном габаритном размере отливки до 500 мм предельное отклонение смещения элементов Δс= ±1,2 мм мм не более. Степень коробления определяют в зависимости от коэффициента "удлиненности" отливки Ку. Коэффициент "удлинённости" рассчитывают по следующей формуле:  где  - минимальный габаритный размер детали, мм  - максимальный габаритный размер, ммKу= 0,07 При Ку = 0,07 и степени сложности отливки С3 рекомендуемая степень коробления равна 7. Для данной степени коробления и при максимальном габаритном размере отливки 108 мм, предельные отклонения коробления равны Δк= ±0,24 мм 8. Назначение основных и дополнительных припусков Значения общего припуска назначаются по ГОСТ Р 53464-2009 в зависимости от допуска на элемент поверхности, от ряда припусков на обработку и от вида механической обработки.
Дополнительный припуск следует назначать, если наибольшее из предельных отклонений расположения (  или  ) превышает половину допуска на соответствующий размер отливки, т.е. 0,2>0,5 Следовательно, дополнительный припуск назначать не нужно 9. Расчет линейных размеров отливки, назначение предельных отклонений Форма записи в пример расчета линейных размеров отливки
10. Анализ толщин стенок и размеров мелкоразмерных отверстия в отливке После определения размеров отливки, получилось, что минимальный диаметр отверстия не превышает допустимого значения зависящего от способа литья. 11. Назначение литейных (формовочных) уклонов на поверхности отливки По ГОСТ 3212-80 литейные уклоны на поверхности отливки назначаются в зависимости от высоты основной формообразующей этой поверхности (hb и hн), способа литья и вида модельного комплекта. Для центробежного литья, при применении смесей твердеющих в контакте с оснасткой и металлического модельного комплекта литейные уклоны назначены:
12.Назначение радиусов закруглений Исходя из способа литья назначаем радиусы закруглений для наружных поверхностей Rн = 5 мм, для внутренних поверхностей Rв=8 мм. 13.Эскиз заготовки  14.Технические требования 1. Литье в землю 2. Точность отливки 13-17-13-10 ГОСТ 26645-85, 3. Неуказанные литейные уклоны 3° 4.Неуказанные радиусы закруглений: наружных углов Rн=5 мм, внутренних Re = 8 мм. 5. Смешение по линии разъёма не более 1,6 мм. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
