Методические указания к выполнению контрольной работы №1 для студентов заочной формы обучения специальностей 120100

2









Федеральное агентство по образованию



Брянский государственный технический университет





Утверждаю

Ректор университета



_______________А. В. Лагерев



«___»__________2009 г.







ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ

КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ



РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ





Методические указания к выполнению контрольной работы №1 

для студентов заочной формы обучения специальностей

120100 - «Технология машиностроения»;

120300 - «Машины и технология литейного производства»

и контрольной работы №2 для студентов специальности 

101200 - «Двигатели внутреннего сгорания»









Издание 2-е, исправленное и дополненное













Брянск 2009

УДК 621.74

Технологические процессы машиностроительного производства. Технология конструкционных материалов. Разработка технологического процесса изготовления отливки: методические указания к выполнению контрольной работы №1 для студентов заочной формы обучения специальностей 120100 - «Технология машиностроения»; 120300 - «Машины и технология литейного производства» и контрольной работы №2 для студентов специальности 101200 - «Двигатели внутреннего сгорания». Изд. 2-е доп. и испр. ― Брянск: БГТУ, 2009. ―  17 с.









Разработали: 

С. В. Давыдов 

 д-р. техн. наук, проф.,

А. Я. Шатов 

 канд. техн. наук, доц.

 





Рекомендовано кафедрой «Технология металлов и металловедение» БГТУ (протокол № 9 от 25.12.2008 г.)







Печатается по изданию: Технологические процессы машиностроительного производства. Технология конструкционных материалов. Разработка технологического процесса изготовления отливки: методические указания к выполнению контрольной работы №1 для студентов заочной формы обучения специальностей 120100 - «Технология машиностроения»; 120300 - «Машины и технология литейного производства» и контрольной работы №2 для студентов специальности 101200 - «Двигатели внутреннего сгорания». ― Брянск: БГТУ, 2004. ―  17 с.



ПРЕДИСЛОВИЕ



Литейное производство является основной заготовительной базой современного машиностроения. Литьём изготовляют ответственные детали в станкостроении (станины металлообрабатывающих агрегатов и станков, рамы и валки прокатных станов и др.), подвижного состава железных дорог (автосцепное устройство, боковина тележки и др.), двигателей внутреннего сгорания (блоки цилиндров, поршни и др.), теплоэнергетики (лопасти газовых турбин, детали парокотельной арматуры и др.), космической техники (детали двигателей космических ракет и др.) и т. п.

 Основными задачами литейного производства являются:

Получение отливки, конфигурация которой максимально приближена к конфигурации готовой детали.

Ограничение механической обработки отливки только отделочными методами (чистовое точение и фрезерование, шлифование, полирование и т.д.).

Отливки получают в литейной форме различными способами литья (литье в разовые песчано-глинистые формы, кокильное литье, литье по выплавляемым и выжигаемым моделям, центробежное литье, литье под давлением, литье в оболочку и.т.д.). 

Изготовление отливки начинается с разработки технологического процесса. При этом ставится задача изготовить отливки с наименьшими затратами средств, времени и труда. Это во многом зависит от технологии изготовления отливок, их качества, величины припусков на механическую обработку, размерной точности. 

На чертёж детали технолог литейного цеха наносит базовые элементы литейной технологии и технические требования к изготовлению формы и отливки. На основании разработанной технологии осуществляют технологическую подготовку производства: проектируют и изготовляют технологическую оснастку (модельные комплекты, стержневые ящики, опоки и т.д.), подбирают технологическое формовочное и стержневое оборудование, разрабатывают технологию получения сплава и т.д. Уровень качества полученной отливки  полностью определяет трудоёмкость её дальнейшей механической обработки, а в конечном итоге, и себестоимость изделия в целом.

При выполнении данной контрольной работы студент обязан понять сущность процесса получения отливки, усвоить основные термины и определения, используемые в литейном производстве, получить практические навыки разработки технологического процесса изготовления отливки по чертежу детали согласно правилам графического выполнения элементов литейных форм и отливок в соответствии с ГОСТ 3.1125-88 [1].

Прежде чем приступить к практическому выполнению предусмотренного контрольной работой задания, студент должен изучить данные методические указания.



Основные понятия и определения 

литейной технологии



Отливка ― заготовка, полученная методом заливки жидкого металла в литейную форму. 

Процессы изготовления отливок в металлических формах называют литьём в кокиль или в постоянные формы, в которых можно получить от нескольких десятков до несколько тысяч отливок.

 Получение отливок в формах, изготовленных из формовочных и стержневых смесей, ― литьём в песчано-глинистые формы или  литьем  в разовые формы. После кристаллизации металла такие формы разрушаются с последующим извлечением отливки.

Литейная форма ― устройство (система элементов), изготовленное из металла (кокиль) или из формовочных и стержневых смесей (земляная форма), имеющее рабочую полость, конфигурация внутренней поверхности которой  соответствует конфигурации наружной поверхности отливки. Необходимым элементом литейной формы является литниковая система. 

литниковая система – это система горизонтальных и вертикальных каналов, по которым жидкий металл при заливке из ковша течёт в полость литейной формы. К литниковой системе относятся также и резервуары для металла (прибыли и выпоры), питающие кристаллизующуюся отливку.

Прибыли – система дополнительных резервуаров (полостей) в литейной форме,   связанных с полостью литейной формы. при заливке формы в прибылях создается дополнительный запас расплава для компенсации объемной усадки металла при его кристаллизации в литейной полости. В процессе поступления металла из прибыли в полость формы предотвращается возникновение в отливке усадочных раковин, рыхлот и пористости, которые являются браком, т.е. прибыли обеспечивают получение максимально плотной структуры металла отливки.

выпор – вертикальный конусовидный канал, соединяющий полость литейной формы с атмосферой. Кроме дополнительного питания отливки расплавом, выполняет функцию вывода воздуха из полости литейной формы при ее заполнении жидким металлом.

Песчано-глинистые формы изготовляют с использованием моделей.

Модель ― приспособление, изготовленное из металла, дерева или пластмассы, имеющее конфигурацию отливки и отличающаяся от неё наличием знаковых частей для установки стержневых элементов литейной формы  и размерами, увеличенными на величину литейной усадки и припусков на механическую обработку (рис.1,а). Дополнительно на модель устанавливают модели прибылей. Модель крепится к подмодельной плите, а вместе они образуют модельный комплект. На подмодельную плиту монтируют модели элементов литниковой системы. 

Для получения отверстий и полостей сложной конфигурации в отливках применяют стержни.

Стержень ― часть литейной формы, изготовляемая из металла или стержневой смеси отдельно от нее, которая в дальнейшем устанавливается внутрь литейной формы. Стержень предназначен для получения сквозных и глухих отверстий, внутренних и наружных полостей сложной конфигурации в отливке и имеет части, непосредственно не соприкасающиеся с жидким металлом. Эти части стержня, служащие для установки и фиксации его в полости литейной формы, называют знаковыми частями. Стержни изготовляют в разъёмных или вытряхных стержневых ящиках пескодувным или пескострельным методом (рис.1,б).

Формовочные смеси ― сыпучие материалы, состоящие из огнеупорного наполнителя (кварцевого песка), связующего (огнеупорной глины, бентонита) и воды. Различают формовочные смеси: облицовочные, наполнительные и единые. Наполнительные и единые смеси отличаются от облицовочных наличием в них отработанной смеси.



























Рис.1. Деревянная модель отливки из двух половинок (а) и деревянный стержневой ящик (б). 1 – модель знаковых частей стержня

    

Стержневые смеси ― сыпучие материалы, состоящие из огнеупорного наполнителя (кварцевого песка), связующего (жидкого стекла, синтетических смол и т. п.) и специальных добавок, отличающиеся от формовочных смесей большей огнеупорностью, податливостью и газопроницаемостью.

Для повышения твёрдости и прочности формовочной смеси  её уплотняют на модели. Смесь уплотняют машинной формовкой методом встряхивания или прессования. Для облегчения извлечения из формы после уплотнения формовочной смеси модели имеют формовочные уклоны на поверхностях, расположенных вертикально [2].

Формы изготовляют с использованием опок и без опок. В последнем случае процесс называют безопочной формовкой. Как правило, литейная опочная форма предусматривает наличие двух опок – верхней и нижней.

Опока ― литая или сварная металлическая рамка, служащая для удержания уплотненной формовочной смеси при изготовлении формы и её транспортировке. В конструкции опок предусмотрены центрирующие и направляющие втулки для точной сборки формы и фиксации полуформ в момент заливки.









Разработка технологического процесса

изготовления отливок

в разовых песчано-глинистых формах



Разработка технологического процесса изготовления отливки начинается с выбора способа литья, положения отливки в литейной форме и нанесения на чертёж детали элементов литейной формы.



2.1. Выбор способа изготовления отливки



Способ изготовления отливки выбирается в зависимости от норм точности, заданных конструктором и указанных на чертеже детали в виде записи «Точность отливки 8-6-7-8 ГОСТ 26645-85». Цифры, обозначающие параметры точности отливки, указывают соответственно: 8 ― 8-й класс точности размеров, 6 ― 6-й класс точности на степень коробления, 7 ― 7-й класс точности поверхностей, 8 ― 8-й класс точности массы. В данном примере записи точности отливки указанные классы точности могут быть получены при изготовлении отливок в песчано-глинистых формах.

Точность отливок зависит от способа литья, типа сплава, серийного производства, размеров, массы и сложности отливки. По указанной на чертеже точности отливки определяют допуски на размеры, массу и припуски на механическую обработку. Чем меньше значения классов точности, тем меньше назначаемые допуски на размеры и припуски на механическую обработку.



. Определение положения отливки в литейной форме 

и плоскости разъёма формы и модели



Положение отливки в форме и плоскость её разъёма выбирают на основе следующих положений:

1. Располагать по возможности отливку в одной полуформе, а наиболее ответственные поверхности детали с наименьшей шероховатостью ― нижними или боковыми.

2. Соблюдать принцип направленной кристаллизации. Для этого массивные и толстые части отливки располагать вверху, более тонкие ― внизу.

3. Обеспечить поступление жидкого металла в полость формы снизу (сифоном) или по разъёму формы ламинарным потоком.

4. Применять принцип минимального количества стержней, формирующих внутренние полости отливки. По возможности использовать вместо стержней «болваны» - выступающие части собственно литейной формы.

5. Модели отливки, выполняемые при выбранной плоскости разъема, должны обеспечивать формуемость, т.е. легко извлекаться из уплотненной формовочной смеси без разрушения конфигурации отпечатка модели.

6. В самом простом варианте плоскость разъема назначается по плоскости симметрии детали, если таковые имеются.

  плоскость разъёма формы как правило совпадает с плоскостью разъёма модели.



2.3. Нанесение на чертёж детали элементов литейной формы



К элементам литейной формы относят плоскость разъёма формы и модели, а также указания положения отливки в форме при заливке; припуски на механическую обработку; стержни и знаковые части; литниковую систему; усадочные рёбра, стержни, пробы для механических испытаний, технологические приливы; выпора для выхода воздуха и газов из полости формы при заливке; прибыли, формовочные уклоны.

Элементы литейной формы наносят на чертёж детали в соответствии с ГОСТ 3.1125-86 [1].

Плоскость разъёма модели и формы показывают на чертеже детали отрезком или штрихпунктирной линией синего цвета, ограниченной знаками Х--Х, над которой пишут буквы МФ, что обозначает  ― разъём модели  и формы.

Положение отливки в форме при заливке обозначают буквами В и Н, которые пишут у стрелок, направленных от линии разъёма вверх (В) и вниз (Н).

После назначения плоскости разъема приступают к назначению припусков на механическую обработку, величина которых определяется выбранной плоскостью разъема. Припуски на механическую обработку назначают на те поверхности детали, шероховатость которых, указанная на чертеже, в литом состоянии получена быть не может, а формируется в результате механической обработки. Величина припуска зависит от типа сплава, размера поверхности и ее расположения по отношению к плоскости разъема

Припуск ― толщина слоя металла, удаляемого с отливки в процессе её обработки резанием для получения заданной шероховатости. Припуски согласно ГОСТ 26645-85 [3] устанавливают дифференцированно для каждого конструктивного элемента отливки в зависимости от допусков размеров отливки.

	В табл.1 приведены основные знаки шероховатости поверхности [4].

Таблица1

Знаки шероховатости

Тип шероховатости

Знак

Шероховатость поверхности после удаления слоя металла резанием





Параметр шероховатости. Цифры над знаком шероховатости обозначают высоту неровностей профиля по десяти точкам





Параметр шероховатости. Цифры над знаком шероховатости обозначают среднее арифметическое отклонение профиля от средней линии





Шероховатость поверхности без удаления слоя металла (состояние поставки: литье, ковка, штамповка и т.д.)



Знак шероховатости поверхности после назначения припуска на механическую обработку имеет следующий вид. Значение припуска на механическую обработку в миллиметрах (5 мм) указывают цифрой перед знаком шероховатости поверхности детали







Всевозможные мелкие конструктивные элементы детали, такие как фаски, ступеньки, уступы, проточки, пазы и т.п., размер которых не превышает величину припуска на механическую обработку литьем не выполняются и поглощаются припуском.

Допуск размеров отливки ― разность между наибольшим и наименьшим значениями размеров отливки или между верхним и нижним предельными отклонениями. 

После назначения припусков на механическую обработку назначают литейные уклоны. 

Литейный уклон – дополнительный слой металла, назначаемый на все вертикальные наружные поверхности детали по отношению к линии разъема, для формирования уклона (на плоских поверхностях) или конусности (на цилиндрических поверхностях), облегчающих извлечение модели из земляной формы после уплотнения формовочной смеси. Величина литейного уклона определяется размером поверхности по отношению к линии разъема.

Следующий этап – назначение литейных радиусов на все острые кромки детали. Рассчитываются через толщину стенки отливки в месте назначения радиуса или по среднеарифметической толщине стенки отливки.

Стержни и их знаки изображают в масштабе чертежа сплошной тонкой линией синего цвета. Стержни в разрезе штрихуют по контуру косыми линиями синего цвета длиной 3…5 мм и  номеруют в порядке очередности их установки в полость литейной формы.

Отверстия диаметром менее 20 мм, которые в отливке не выполняют стержнями, зачёркивают сплошными тонкими линиями красного цвета на всех видах и сечениях чертежа детали.   Отверстия большего диаметра выполняются в отливке стержнями.

Литниковую систему выполняют в масштабе изображения детали сплошной тонкой линией красного цвета.

Для выхода  образующихся газов из полости литейной формы при заливке и контроля уровня ее заполнения расплавом  необходимо предусмотреть установку выпоров, которые наносятся сплошной тонкой линией красного цвета. 

Кроме того, на чертеже детали над основной надписью пишут указания, которые необходимо знать модельщику при изготовлении модельно-стержневой оснастки. Указывают значения радиусов сопряжения поверхностей, формовочных уклонов, литейной усадки.

Последовательность выполнения работы



После ознакомления с техникой получения отливок в разовых песчаных формах [5] студент приступает к разработке технологического процесса изготовления отливки по выданному ему чертежу детали. Он анализирует технологичность детали, установленную конструктором точность отливки, требования к шероховатости поверхностей, марку сплава, определяет положение отливки в форме, возможные места подвода металла и установки выпоров, количество стержней. Затем приступает к нанесению на чертёж детали элементов литейной формы в последовательности, описанной в разделе 2. Значения припусков на механическую обработку студент выбирает из табл.2.  

Данные, приведённые в табл.2, рассчитаны для случая изготовления отливок в песчаных формах с точностью 8-0-0-8 ГОСТ 26645-85. Два нуля в записи точности отливки указывают на то, что конструктор не требует получения гарантированных классов точности на степень коробления и точности поверхности. На основные формообразующие поверхности модели, расположенные вертикально, назначают уклоны. Значения уклонов студент определяет в зависимости от материала модели и высоты формообразующей поверхности по ГОСТ 3212-92 [2].

	Таблица 2            

	Значения припусков на механическую обработку 	

Размер детали на чертеже, мм

Поверхность при заливке

Материал детали





чугун

сталь

До 50

Верхняя

3,5

4,0



Нижняя, боковая

2,5

3,5

Свыше 50 до 120

Верхняя

4,0

5,0



Нижняя, боковая

3,0

4,0

Свыше 120 до 260

Верхняя

5,0

6,0



Нижняя, боковая

4,0

4,0

Свыше 260 до 500

Верхняя

6,5

7,0



Нижняя, боковая

5,0

6,0





В табл. 3 приведены значения формовочных уклонов деревянных моделей при использовании песчано-глинистых смесей.

Таблица 3

	Значения формовочных уклонов деревянных моделей [2]

Высота формообразующей поверхности, мм

Параметры формовочных уклонов модели



угол

мм

До          10

2°55’

0,50

Свыше   10 до   16

1°55’

0,55

Свыше   16 до   25

1°30’

0,65

Свыше   25 до   40

1°05’

0,75

Свыше   40 до   63

45’

0,85

Свыше   63 до   100

35’

1,00

Свыше   100 до 160

25’

1,20

Свыше   160 до 250

25’

1,85

Свыше   250 до 400

20’

2,30



В местах сопряжений поверхностей (углах) назначают литейные радиусы (r). Наличие литейных радиусов уменьшает опасность образования горячих трещин в этих местах. Размеры литейных радиусов зависят от толщины стенки и типа угла (внутреннего или наружного). Обычно для наружного угла принимают rн = 0,3S; для внутреннего угла rвн= 0,5S (где S - толщина стенки отливки). При значительной разностенности отливки определяют среднеарифметическую толщину стенки отливки Sср.

Пример оформления чертежа детали и нанесения на него элементов литейной формы и записи дополнительных указаний для модельного цеха приведен на рис.2. В таком виде чертёж поступает в модельный цех для изготовления модельной оснастки. На рис.3 показана модель отливки «Втулка» в сборе с моделью литниковой системы.



3.1. Разработка чертежа отливки



По чертежу детали с элементами литейной формы выполняют чертёж отливки. Сначала тонкими линиями делают чертёж детали без указания её размеров и шероховатости поверхности. Затем тонкими линиями наносят припуски на механическую обработку и уклоны на вертикальных поверхностях.



Рис.2. Пример оформления чертежа с элементами литейной технологии

































Рис. 3.  Модель отливки «Втулка» в сборе с моделью литниковой системы:

1-выпор, 2-модель отливки (модель верха и низа в сборе), 3-питатель, 

4-шлакоуловитель, 5-дроссель, 6-литниковая воронка, 7-стояк,

 8-расширитель стояка, 9-зумпф















































Рис.4. Чертеж отливки «Втулка»



Основной линией вычерчивают контур отливки в разрезе и тонкими линиями под углом 45о наносят штриховку. С учётом припусков на механическую обработку и уклонов определяют размеры отливки и проставляют их на чертеже. Пример выполнения чертежа отливки показан на рис. 4.



3.2. Разработка чертежа литейной формы в сборе



На основании чертежа детали с элементами литейной технологии (рис.2) разрабатывается чертеж литейной формы в сборе, который должен показать устройство литейной формы с учетом расположения полости отливки в форме, оформления внутренних полостей стержнями, расположения литниковой системы, других технологических элементов.  На рис.5 показан эскиз литейной формы для получения отливки «Втулка» в сборе. 





































Рис.5.Эскиз разовой песчано-глинистой литейной формы для получения 

отливки «Втулка» в сборе:

1-нижняя полуформа; 2-верхняя полуформа; 3-стержень; 4-выпор; 5-вентиляционные каналы (наколы); 6-литниковая система





Заключение



Разрабатывая технологический процесс изготовления отливки по чертежу детали, студент должен продумать и предложить оптимальный вариант её получения. Разработанная технология должна обеспечить получение качественной отливки без дефектов типа газовых, песчаных и усадочных раковин, с минимальными припусками на механическую обработку. Качество отливок, трудозатраты на их обработку зависят от положения отливки в форме, места подвода металла, способа удаления воздуха и газов из полости формы.

В данных методических указаниях показан только один вариант технологии изготовления отливки детали «Втулка» как наиболее оптимальный, но возможен и вариант с горизонтальным расположением отливки в форме. Для отливок типа «Ступица» или «Гильза» горизонтальное расположение в форме единственно приемлемое. При другом варианте увеличивается количество стержней, что повышает трудоемкость изготовления отливки. Из всех возможных вариантов студент выбирает наилучший и обосновывает свой выбор.

При проектировании студент  должен помнить  не только о снижении трудоёмкости изготовления детали из отливки технологией резания, но и о повышении коэффициента использования металла заготовки. В этом случае наиболее оптимальным решением является решение, когда конфигурация отливки и её размеры максимально приближены к конфигурации и размерам детали. Таким образом, разработка технологии изготовления отливки ― это не инженерная рутина, а творческий процесс, приближающийся к настоящему искусству. 



Список рекомендуемой литературы



1.  ГОСТ 3.1125-88. ЕСТД. Правила графического выполнения элементов литейных форм и отливок.

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

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

4.  ГОСТ 25142-82. Шероховатость поверхности. Термины и определения.

5.  Технология конструкционных материалов / А. М. Дальский [и др.]. ― М.: Машиностроение, 20051992. ― 592 с.



Технологические процессы машиностроительного производства. Технология конструкционных материалов. Разработка технологического процесса изготовления отливки: методические указания к выполнению контрольной работы №1 для студентов заочной формы обучения специальностей 120100 - «Технология машиностроения»; 120300 - «Машины и технология литейного производства» и контрольной работы №2 для студентов специальности 101200 -«Двигатели внутреннего сгорания» 











Андрей Яковлевич Шатов





Сергей Васильевич Давыдов













Научный редактор С. В. Давыдов

Редактор издательства Л.Н.Мажугина

Компьютерный набор А.Силаков

Иллюстрации С. В. Давыдов, А.Я.Шатов, А.Силаков









Темплан 2009 г., п.



Подписано в печать       Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. офсетная печать. Усл. печ. л.0,98. Уч.- изд. л.0,98. Тираж 100 экз. Заказ       . Бесплатно.





Брянский государственный технический университет.

241035,  Брянск, бульвар 50-летия Октября, 7, БГТУ. 55-90-49.

Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Институтская,  16.