Технологія виготовлення литих заготовок

Розрахуємо об’єм  деталі, розбивши її на окремі частини:

V= V₁ + V₂ + V₃ + V₄ + V₅ + V₆.                       ( 3.1)

Об’єм V1 розраховуємо за формулою:

 

 

 

Для визначення V₂ розраховуємо площу S₂:

              (3.3)

           (3.4)

тоді                 (3.6)

V₄=12133,41мм²

Об’єм п’ятої частини  деталі V₅ буде рівним:

V₅=3,14*12,5²*15-3,14*5²*15=6181,875мм³

Підставляємо значення V₁, V₂, V₃, V₄, V₅, V₆ в формулу (3.1), отримаємо:

V=14082,9+7851,03+7851,03+12133,41+6181,875+10207,5=583077,45мм²

Масу деталі розрахуємо за формулою:

m=ρ*V,           (3.7)

де m – маса деталі, г; ρ – густина сталі 25л, г/см³, V – об’єм деталі, см³.

Отже, маса деталі рівна:

m=583,077*7,82=4548,0г або 4,54кг 

4. Виливка.  Розрахунок об’єму та маси  виливки.

Виливкою називають  фасонну литу заготовку деталі, приладу  чи іншого виробу, яку одержують  шляхом заливання розплавленого  металу ( сплаву ) у ливарну форму  і наступному його затвердіванні ( кристалізації ). Далі виливок піддають механічній обробці по спряженим поверхням і отримують готову деталь. В деяких випадках виливки застосовують без механічної обробки, як готові деталі ( водопровідні труби, люки, кришки ).

Значна частина браку в ливарних цехах зумовлюється нетехнологічною конструкцією виливка. Технологічна конструкція виливка дає можливість виготовити якісний виливок з оптимальною товщиною стінки і мінімальним обсягом механічної обробки. Основними умовами правильного конструювання  виливка є зниження його маси при збереженні потрібної міцності, забезпечення мінімальної собівартості з урахуванням витрат на механічну обробку виливка, заміна суцільних ребер переривчастими. Отже, технологічна деталь при максимальній міцності має бути простою, дешевою, а її конструкція – давати можливість застосовувати при виготовленні нові, прогресивні технологічні процеси ливарного виробництва.

Конструюючи виливок, слід враховувати  такі вимоги : рівностінність виливка; відсутність піднутрення та великого скупчення металу в окремих його перерізах; наявність формувальних уклонів на вертикальних стінках ( перпендикулярних до площини розняття форми); плавні переходи при спряженні стінок; наявність галтелей. При конструюванні литої деталі слід намагатися спрощувати її форму, наближаючи окремі поверхні до площини або поверхонь обертання, що здешевлює виготовлення моделей і стрижневих ящиків, полегшує виймання моделі з форми і дає змогу використовувати моделі без криволінійного розняття. Формувальні уклонм полегшують видалення моделі з готової форми без її руйнування. Якщо виливок має закриту внутрішню порожнину, то в його конструкції виконують технологічний отвір для вибивання стрижня і його каркаса. Потім ці отвори затуляють заглушками.       

Спряження стінок у виливку дуже впливає на якість литої деталі. Охолодження виливка у формі супроводжується виникненням внутрішніх напружень. Напруження, утворення раковин і пористість залежать від правильного спряження стінок та оформлення кутів виливка.

За класифікацією в сучасному ливарному виробництві існують такі способи  одержання виливків: у піщано-глинистих формах з ручним та машинним формуванням; у металевих формах ( кокілях); під тиском; за моделями, які витоплюють; в оболонкових ( киркових)  формах; відцентровим виливанням; електрошлаковим виливанням; під низьким тиском; вакуумним всмоктуванням; витискуванням; рідким штампуванням тощо.

Галузь використання цих способів визначають багатьма факторами: типом  виробництва ( одиничне, серійне, масове); масою виливків ( дрібні – до 100 кг, середні – до 1000 кг, великі – понад 1000 кг); точністю та чистотою поверхні виливки; ливарними властивостями сплавів; вартістю того чи іншого способу.

Розрахуємо об’єм виливки розбивши її на окремі частини:

V = V₁ + V₂ + V₃ +V₄ +V₅ +V₆.                                       (4.1)

        V₁=3,14*20²*18=22608мм³               (4.2)

Для визначення V₂ розраховуємо площу S₂:

                 (4.3)

S₂ = S₁´ -  S₁ = 1989,9 – 1145,73=844,2 мм²                                     (4.4)

тоді V₂ = S₂ * h₂ = V₃     V₂=V₃=844,2 * 11=9286 мм ³                   (4.5)

                                           V₄= 844,2 * 17 =14351 мм³

Об’єм п’ятої частини  деталі V₅ буде рівним: 

                                     V₅ =3,14 * 14,5 * 15=9902,775 мм³

V₆ = a * b * c                  V₆ = 42 * 34 *13 = 18564 мм³                        (4.6) 

Підставляючи значення V₁, V₂, V₃, V₄, V₅, V₆ в формулу               отримаємо:

V=22608 + 9286 +14351+9902, 7 +18564 +9286 = 839977 мм³         (4.7)

Масу виливки розраховуємо за формулою:

                                               m = ρ * V,                                               (4.7)

де m – маса виливки, г;  ρ – густина сталі 25Л, г/см³; V – об’єм виливки, см³.

Отже, маса виливки рівна:

m = 839,977 * 7,82 = 6568,6 г або 6,6 кг

Для полегшення вилучення  моделі із форми всі вертикальні  стінки моделі повинні мати так звані  ухили.

Ухили бувають конструктивні  і формувальні.

Конструктивні ухили  передбачає конструктор при проектуванні деталей на вертикалі необробленої поверхні.

Формувальними називають  ухили, які призначає технолог –  ливарник по вертикальних стінках деталей  за відсутності конструктивних ухилів.

Існує три типи ухилів на поверхнях моделі, виливки «  в плюс», « в плюс – мінус» і « в мінус».

« В плюс» виконують  ухили, якщо товщина не обробленої стінки до 6 мм;

« в плюс – мінус» -  якщо товщина стінки 6 … 12 мм  і  « в мінус» якщо товщина стінки понад 12 мм.

Для оброблених поверхонь  призначають ухили тільки « в  плюс» понад припуски на механічну обробку. При ручному формуванні і висоті поверхні до 20 мм формувальний становить 1 мм 3°.

Галтелями називають  округлення внутрішніх і зовнішніх  кутів поверхонь відливок. Для  запобігання внутрішніх напружень  і утворення тріщин гострі спряження поверхонь відливок не допустимі. Галтелі запобігають осипанню  формувальних сушей, а також полегшують вилучення моделі з форми, радіус галтелей приймається в межах 1/5 … 1/3 середньої арифметичної товщини двох стінок спряження, що утворюють кут, і становить 2 мм.

Стрижні служать для  утворення внутрішніх порожнин і  отворів в них.

Стрижневими знаками  називають додаткові виступи  моделей, які необхідно для утворення  у формі знакових гнізд. Для того, щоб при складанні форми стрижень не зруйнував ливарну форму між стрижневим гніздом форми і знаком стрижня  повинен бути зазор.

Величина технологічного зазору береться диференційовано і  залежить від розміру стрижня, основи нижнього знака, способу формування і регламентується  ГОСТом 3606 – 57, висота нижнього стрижневого знака залежить від діаметра стрижня, а верхнього призначається залежно від висоти нижнього знака.

Стрижні виготовляють у  стрижневих ящиках. Для збільшення міцності стрижнів їх армують металевими каркасами, а для збільшення газопроникності  в стрижнях виготовляють вентиляційні канали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Приготування  сплаву. Шихтові матеріали.

Суть процесу  перероблення чавуну в сталь полягає у видаленні окисленням надмірної кількості домішок і, насамперед, у зменшенні вмісту вуглецю в сплаві.

Окислення домішок здійснюють двома способами:

1) продуванням рідкого  чавуну повітрям або киснем  у конвертерах;

2) переплавленням чавуну  з окислими заліза (рудою й  окалиною) в мартенівських і електричних  печах. 

При виплавці сталі використовують наступні матеріали:

• чушковий чавун;
• сталевий лом;
• оборотний метал;
• феросплави;
• окислювачі і вогнетриви.

Чушковий чавун. При  плавленні в мартенівській печі з основною  футеровкою приймають 35 – 40 %, а в електричних печах  до 10 % переробного чушкового чавуну марок М1, М2, М3 по ГОСТу 805 – 69.

Сталевий лом. Лом складається  з непотрібних деталей машин  і стружки, які поставляються  по ГОСТу 2787 – 75 [4].

Оборотний метал. Складається  з відходів сталеплавильного, кувального, превого і прокатного виробництв у вигладі шурків, браку, скрапу, ливникових систем.

Феросплави. При виплавці звичайних сталей застосовують феромарганець  і феросиліцій, а легованих –  ферохром, нікель, феротитан, ферованадій, феромолібден. Феросплави використовувані  для розкислення і легування повинні бути сухими ( бажано прогартованими).

В якості флюсів зазвичай застосовують плавіковий шпат ( ГОСТ 7618 – 70), шамотний бій.

Плавіковий шпат застосовують для розрідження густих шлаків, що покращує умови знесіркування рідкого  металу. З цією метою використовують шамотний бій.

В якості окислювачів  використовують залізні і марганцеві руди, а також окалину із цехів  гарячої обробки ( кування, прокатування).

Вогнетривкі матеріали. При основному пресі печі  футерується  магнезитовою цеглою чи магнезитовою набивкою, а при кислому процесі – динасовою цеглою. Магнезитовий порошок отримують шляхом подрібнення магнезиту, відпаленого при температурі 1650 °С, його хімічний склад, в % наступний:

• оксид магнію (MgO) – 85 – 88
• оксид кальцію (CaO) – 4 – 6
• оксид кремнію (SiO2) – 4 – 6

Доломіт застосовують в  сирому і відпаленому вигляді.

Розрахувати шихту –  це значить знайти таке співвідношення вихідних матеріалів, які призначені для плавлення, при якому одержаний  рідкий чавун буде відповідати заданому хімічному складу.

Як шихтові матеріали  можуть бути використані:

а) ливарні чавуни (в  чушках);

б) переробні чавуни ( в чушках);

 в) відходи ливарного  виробництва ( ливники, скрап і  брак);

г) чавунний брухт;

д) сталевий брухт;

е) феросплави.

Сукупність цих матеріалів утворює металічну частину шихти, а паливо і флюси дають неметалічну частину шихти.

Найбільш бажаною складовою  металічної частини шихти є чушковий ливарний чавун, який вміщує значну кількість  кремнію ( від 1,25 % до 1,75 %  Si, в чавуні марки ЛК4 і до 3,75 – 4,25 % Si в чавуні марки ЛК00). Чим більше кремнію в металічній шихті, тим рідше стає розплавлений чавун; такий чавун добре заповнює порожнину форми і тим самим зменшує брак виливок по недоливу. Однак ливарний чавун є найдорожчою частиною шихти ( крім феросплавів) із економічних міркувань кількість його в шихті мусить бути невеликою.

Чушковий ливарний чавун  можна замінити відходами ливарного  виробництва і машинним брухтом. Але при цьому треба пам’ятати, що при кожному наступному переплавленні  чавуну склад його змінюється на гірше, найбільш бажаний складник – кремній – вигоряє в результаті кожної переплавки на 10 – 15 %, а сірка  - навпаки, пригоряє на 40 – 50 %. Тому  систематично використовувати лише машинний брухт і відходи ливарного виробництва не можна, необхідно відсвіжувати шихту чушковим ливарним чавуном.

Переробний чавун має  багато марганцю, але мало кремнію, тому введення цього чавуну збільшує  кількість Mn в шихті. Переробний чавун містить в собі менше сірки, крім того, чушки такого чавуну  піддаються  вигорянню в меншій мірі, ніж чавунний брухт, і зокрема – срап чи чавунна стружка.

Сталевий брухт вводиться  в шихту тоді, коли хочемо одержати низьковуглецевий чавун ( наприклад, при  виробництві ковкого чавуну).

Феросплави вводяться  в шихту лише тоді, коли є особлива необхідність, при модифікуванні або легуванні чавуну, або коли не можливо ввести достатню кількість того чи іншого елемента звичайними складовими шихти.

Розрахунок шихти вимагає  знання хімічного складу як готового литва, так і всіх вихідних шихтових матеріалів.

Ваграночний процес за своїм  характером є процесом окислення. У  вагранці наявна окислююча атмосфера, яка має залишок кисню  повітря. При високих температурах процесу  це приводить до горіння не лише палива, але й заліза та інших  домішок чавуну.

У той  час, як кількість  заліза, кремнію, марганцю і хрому  в чавуні у результаті переплавки знижується, кількість сірки, навпаки, значно підвищується, а кількість  вуглецю, фосфору, нікелю і міді практично  залишається незмінною. Зміни у  складі  чавуну вимагають забезпечення у металічній шихті більшої кількості цих елементів, ніж  у заданому литві.

Розрахунок шихти можна  зробити одним з таких методів [5]:

1) графічним методом  паралельних координат;

2) графічним  методом  трикутника;

3) аналітичним методом;

4) методом підбору.

На практиці найбільш поширеним є метод підбору.

Графічний метод розрахунку шихти є дуже зручним, але за його допомогою можна визначити лише  три складові шихти та дві домішки  чавуну.

Найбільш складним є  аналітичний метод  розрахунку шихти, який вимагає складення рівнянь та розв’язання їх при цьому, чим більша кількість матеріалів шихти, тим більша кількість невідомих, і більше рівнянь. Однак розв’язання всієї системи рівнянь не завжди приводить до позитивних результатів, бо не завжди з наявних матеріалів можна одержати рідкий чавун заданого складу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Конструкція  печі і виплавка в ній сплаву

 

Виплавляння сталі в електричних печах є найдосконалішим способом її виробництва. В них метал і шлак можна нагріти до більш високих температур, ніж у мартенівських печах. Це дає змогу розплавляти метал з високою концентрацією тугоплавких елементів (вольфраму, молібдену, ванадію та інших домішок) і застосовувати вапнякові шлаки, які містять до 55-60% CaO і за допомогою яких можна видалити з металу майже весь фосфор і сірку. Вигар металу і, особливо, легуючих елементів при виплавлені сталі в електричних печах значно менший, ніж при інших способах її виробництва. Крім того, оскільки в електричних печах подавати повітря для горіння не треба, в них можна створювати відновлювальну газову атмосферу або вакуум і добиватися доброго розкислення і дегазації металу. ВУ електричних печах можна виплавляти сталі найвищої якості, тому в наш час у них виплавляють більшість сортів легованих сталей.