Министерство Науки и Образования Российской Федерации

Министерство Науки и Образования Российской Федерации

Тверской Государственный Технический Университет

Контрольная работа по дисциплине

Технологические процессы машиностроительных производств

студента ИДПО специальности ТМС – 1з – 122 – 12

Арсентьева Ю.Л.

Зачётная книжка №012146

Вариант №3

Выполнил: Арсентьев Ю.Л.

Проверил: Беляков А.В.

Тверь 2013

Содержание

Литейное производство…………………………………………3

Литейное производство.

Разработать технологический процесс отливки детали шестерня в песчаную форму. Производство крупносерийное, формовка машинная. Материал – серый чугун марки СЧ-25.

Серый чугун марки СЧ-25 - чугун с пластинчатым графитом с минимальным временным сопротивлением растяжению 25 МПаХ10^-1. Механические характеристики приведены в табл. 1. Физические характеристики приведены в табл. 2.

Таблица 1.Ориентировочные данные о временном сопротивлении при растяжении и твердости в стенках отливки различного сечения (ГОСТ 1412-85)

Марка чугуна	Толщина стенки отливки, мм
Временное сопротивление при растяжении, МПа, не менее
СЧ25
Твердость НВ, не более
СЧ25

Таблица 2. Физические свойства чугуна с пластинчатым графитом (ГОСТ 1412-85)

Марка чугуна	Плотность r, кг/м^3	Линейная усадка, e, %	Модуль упругости при растяжении, Е×10^-2 МПа	Удельная теплоемкость при температуре от 20 до 200°С, G, Дж(кг×К)	Коэффициент линейного расширения при температуре от 20 до 200°С, a 1/°С	Теплопроводность при 20°С, l, Вт(м×К)
СЧ25	7,2×10^3	1,2	» 900» 1100		10,0×10^-6

Как видно из таблицы 2, усадка сплава составляет 1,2%

Область применения серого чугуна СЧ-25 - изготовление:

1. различных отливок ответственного назначения - блоков и головок цилиндров, гильз, маховиков в автомобиле- и тракторостроении;
станин станков, разметочных плит, гидроцилиндров, клапанов в станкостроении;

2. поршневых головок, втулок, крышек цилиндров и других деталей, работающих на истирании при повышенных температурах в дизелестроении;
ответственных деталей работающих при сжатии (башмаков, колонн) в строительстве;

3. котлов для плавки каустика, труб, колен и других деталей в химическом машиностроении, работающих в растворах и расплавах щелочей;

4. отливок 2 группы для паровых стационарных турбин, турбинного оборудования АЭС, элементов паровых котлов и трубопроводов, гидравлических турбин, гидрозатворов и другого оборудования энергомашиностроения, работающих при температурах до 250 °С, подвергающихся повышенным статическим и динамическим нагрузкам и трению (поршни, корпуса редукторов, корпуса подшипников, корпуса червячных колес, втулки, крышки подшипников, патрубки компрессоров, диафрагмы, рамы фундаментные, рамы выхлопных частей, патрубки компрессоров, зубчатые колеса, шестерни);

5. отливок деталей трубопроводной арматуры и приводных устройств к ней, частей литых соединительных для трубопроводов; отливок деталей горно-металлургического оборудования.

Таким образом, серый чугун СЧ-25 подходит для изготовления шестерни (рис.1), предложенной в задании.

в

н

Рис.1. Чертёж шестерни с модельно-литейными указаниями.

Припуски на мех. обработку, в соответствии с ГОСТ 1855-88, составляют 3,5 мм. сверху детали, и 2,5 мм. снизу детали (в соответствии с ГОСТ 3.1125-88, изображены цифрами перед знаками шероховатости, получаемой обработкой резанием)

Центральное отверстие в детали (если бы оно изготавливалось литьём), составляло бы ø10 мм (ø15мм-2,5мм х2 – припуск на мехобработку) при глубине 31мм. Но так как при крупносерийном производстве не желательно выполнять литьём отверстия менее ø20 мм при данной глубине с толщиной стенок менее 12мм., то мы выполним его обработкой резанием, например, на токарном станке (центровка, сверление, растачивание).

Формовочные уклоны, в соответствии с ГОСТ 3212-92, составляют Ð1°55’ при высоте стенки 14 мм и 12 мм от плоскости разъёма (20 мм-деталь +3,5+2,5мм припуски).

Галтели составляют R3 и R4 мм.

Модель выполнена из дерева (рис. 2). Габариты модели увеличены на 1,2% по сравнению с отливкой ввиду усадки сплава. Модель разъёмная.

Рис. 2. Разъёмная деревянная модель.

Для наполнения формы мы будем использовать среднюю (с небольшим смещением вверх от оси симметрии модели) литниковую систему, так как высота отливки небольшая, в связи с чем уменьшается опасность вспенивания размытия песчаной формы, а благодаря тому, что в качестве материала отливки мы используем чугун, то опасность окисления мала. Данная система не сложна в исполнении, вызывает меньше затрат металла и обеспечивает более оптимальное распределение температуры при кристаллизации сплава (снизу вверх).

Для питания сплава во избежание появления усадочных раковин в отливке используем выпоры над самыми массивными частями отливки: одну над центральной частью и четыре на наружном диаметре. Угол уклона стенок выпора примем равным 5° (рис. 3).

Рис. 3. Модель отливки с литниковой системой и прибылью.

Сборочный эскиз литейной формы приведён на рис. 4

Рис. 4. Литейная форма в сборе перед заливкой чугуна.

Спецификация литейной формы: 1. Каналы для выхода газа; 2. Формовочная смесь; 3. Опока нижняя; 4. Ушко; 5. Крепёжный болт; 6. Опока верхняя; 7. Верхняя полуформа; 8. Рабочая полость в форме; 9. Выпор; 10. Питатель; 11. Стояк; 12. Чаша; 13. Шлакоуловитель.

Состав формовочной смеси. Так как, при плотности серого чугуна СЧ-25, имеющего плотность 7,2 г/см³, масса отливки вместе с прибылями составляет примерно 1,8 кг., то экономически целесообразно использовать сырую форму, состоящую из: кремнеземистого песка (SiO2), или хромистых песков (FeCr2O), или циркониевых песков (ZrSiO4), от 75 до 85%, и других составляющих, включая графит, глину от 5 до 11%, воды от 2 до 4%, других неорганических элементов от 3 до 5%, антрацит до 1%. В качестве припыла используем смесь оксида магния, древесного угля, порошкообразного графита, благодаря чему чугунная отливка не пригорит к формовочной смеси.

Способ уплотнения формы – машинное встряхивание с допрессовыванием с помощью м ашины формовочной литейной модели 91271(размер опок-400х300х250), либо линии таких машин. Данная машина уплотняет формовочную смесь таким образом, что газопроницаемость остаётся на достаточном уровне при приемлемой плотности набивки.

Для плавки чугуна используем индукционную печь ИПП 250 (ёмкость от 200 кг), либо линию из нескольких печей таких печей (в зависимости от объёма работ).

Возможные дефекты литья:

1.Раковины

а. Раковины газовые. Газовые раковины — это сферические или округленные пустоты с гладкой блестящей (у закрытых) или окисленной (у открытых) поверхностью, расположенные снаружи отливки или внутри ее.

Газовые раковины, образовавшиеся за счет плохого качества металла, чаще всего имеют малые размеры и разбросаны по всей массе отливки. Газовые раковины, образовавшиеся за счет дефектов форм и неправильной технологии заливки, концентрируются чаще всего на отдельных определенных участках формы и находятся на небольшой глубине от поверхности или стержня.

б. Раковине усадочные (рыхлость и пористость). Усадочные раковины имеют вид углублений и пустот неправильной формы, образующихся в тех метах отливки, где металл затвердевает в последнюю очередь. Иногда вместо концентрированных усадочных раковин наблюдается местная рыхлость и пористость, вследствие которых отливки не выдерживают давления при гидравлическом испытании и бракуются.

в. Раковины песочные. Песочные раковины — это закрытые или открытые раковины неправильной формы в различных частях отливки, заполненные частично или полностью формовочным материалом.

г. Раковины шлаковые.

Шлаковые раковины имеют неправильную форму и шероховатую поверхность. Полость раковины бывает заполнена шлаком полностью или частично.

Размеры, количество ми расположение шлаковых раковин разнообразны и зависят от причин, вызвавших их образование.

Способ контроля раковин: визуальный (для открытых раковин), ультразвуковая дефектоскопия (напр., дефектоскопом с ПЭП MasterScan 380М) (для закрытых раковин), испытания на деформацию.

2. Пригар. Другим видом брака является пригар. Отличительные признаки. Поверхность отливки бывает покрыта ошлакованной, оплавленной формовочной землей (химический пригар) и неошлакованной облицовочной землей с металлом, проникшим в ее поры (механический пригар). Контроль – визуальный.

3. Трещины. Трещины бывают сквозные или несквозные, так называемые надрывы на поверхности отливок.

Отличительные признаки. Горячие трещины от внутренних напряжений образуются в то время, когда металл еще не остыл, за счет его повышенной усадки. Холодные трещины представляют собой разрыв металла в конце остывания за счет проявления внутренних напряжений, обусловленных усадкой. У горячих трещин, проявляющихся при высоких температурах, поверхность излома всегда бывает окислена, а у холодных — чистая поверхность или иногда покрыта легкими цветами побежалости.

Способы контроля трещин: визуальный (для наружных трещин), ультразвуковая дефектоскопия (напр., дефектоскопом с ПЭП MasterScan 380М) (для внутренних трещин), испытания на деформацию.

4. Другие дефекты литья

а. Дефекты в размерах и очертаниях отливок получаются вследствие перекоса форм и смещения стержней, раздутия форм при слабой набивке в опоках и ряда причин, связанных с дефектами опок и моделей и с плохим качеством работы при изготовлении форм.

б. Спаи и слоистость — пороки отливки в виде трещин, но с округлыми краями. Они получаются при заполнении форм недостаточно жидкотекучим металлом или же прерывистой струей.

в.Недоливы — когда часть отливок оказывается незаполненной металлом вследствие его плохой жидкотекучести, изобилия газов или пара в форме утечки металла по плохо скрепленному разъему форм.

Способ контроля – визуальный.

Обработка металлов давлением

Выполнить объёмной штамповкой паровоздушным молотом поковку для детали (рис.5) из стали 20.

Рис. 5. Деталь, для которой нужно выполнить поковку.

Материал поковки – сталь 20 с содержанием углерода 0,17-0,24%. Исходя из диаграммы железо-углерод, температурный интервал нагрева заготовки для процесса штамповки составляет 750-1200 С°. Для нагрева используем пламенную камерную печь. Рассчитаем площадь пода:

F_пода=

где: F_пода – искомая площадь пода

n – число заготовок, одновременно находящихся на поде (в нашем случае, примем равным 60)

f – площадь проекции заготовки на под печи (в данном случае, f=πR²=3,14*90²=2,6 м²)

К – коэффициент загрузки пода (примем равным 0,6)

отсюда, F_пода= =260 (м²).

Тип штампа – безоблойный, т.к. деталь цилиндрическая, ось вращения вертикальная, отношение длины к ширине больше 2 (240/110=2,2). Основные преимущества безоблойной штамповки — уменьшение расхода металла и более резко выраженная схема всестороннего сжатия.

Ось разъёма штампа совпадает с нижней торцевой плоскостью поковки.

Исходя из данных ГОСТ 7505-89, определим некоторые исходные данные для построения эскиза поковки (рис.6):

Класс точности – 4

Класс сложности – С2

Начальный индекс – 11

Рис.6. Эскиз поковки.

Тип штампа – закрытый (рис.7), т.к. деталь цилиндрическая, ось вращения вертикальная, отношение длины к ширине больше 2 (240/110=2,2). Основные преимущества безоблойной штамповки — уменьшение расхода металла и более резко выраженная схема всестороннего сжатия.

Ось разъёма штампа совпадает с нижней торцевой плоскостью поковки.

Верхняя полвина штампа имеет полость, нижняя – выступ.

Рис. 7. Закрытый (безоблойный) штамп.

После изготовления поковки, при необходимости, выполнить слесарную операцию (снять заусенец, если он возникнет). Далее выполнить токарную обработку до чистовых размеров.

Данную деталь можно выполнить также обработкой резанием, а именно, токарной обработкой целиком из прутка, что приведёт к уменьшению времени цикла производства детали, но увеличится трудоёмкость изготовления и повысится расход металла.

Сварочное производство.

Разработать процесс ручной электродуговой сварки цилиндрической части резервуара, выполненной из сплава 12Х18Н9Т. Тип сплава хромоникелевые стали аустенитного класса. Толщина стенок – 6 мм. В соответствии с ГОСТ 5264-80, для такой толщины подходит односторонний шов со скосом кромок С-17 (заявленный в чертеже С-15 по устаревшему ГОСТ-5264-69 не подходит, т.к. в новом ГОСТ толщина стенок для С-15 составляет 8…100 мм).

Диаметр электрода примем равным 4 мм, что обеспечит проварку корня шва при заданной толщине металла.

Тип электрода – ЗИО-8 (по ГОСТ 10052-75).
Покрытие - специальное.
Коэффициент наплавки - 13,5 г/А· ч.
Производительность наплавки (для диаметра 4,0 мм) - 1,8 кг/ч.
Расход электродов на 1 кг наплавленного металла - 1,6 кг.

Типичные механические свойства металла шва приведены в таблице 3, химический состав наплавленного металла – в таблице 4, геометрические размеры и сила тока при сварке – в таблице 5.

Таблица 3. Механические свойства шва.

Временное сопротивление sв, МПа	Предел текучести sт, МПа	Относительное удлинение d5, %	Ударная вязкость aн, Дж/см2
	-

Таблица 4. Химический состав наплавленного металла

C	Si	Mn	Nt	Cr	S	P
0.07	0,55	1.86	12,6	23,3	0,015	0,020

Таблица 5. Геометрические размеры и сила тока при сварке.

Диаметр, мм	Ток, А	Среднее количество электродов в 1 кг, шт.
4,0	90-150

Особые свойства: содержание ферритной фазы в наплавленном металле 2,5 - 5,0 %. Металл шва склонен к межкристаллитной коррозии после повторных нагревов до 500 - 800 С

Условные обозначение Э-10Х25Н13Г2-ЗИО-8-Ж-ВД

Рассчитаем режимы сварки:

Значение сварочного тока I_св=k*D_э,

где I_св-сварочный ток, k-коэффициент, равный 35А/мм, D_э-диаметр электрода.

I_св=35*4=140 (А)

Скорость сварки V_св=

Где: d_н – коэффициент наплавки 13,5 гА/ч; i – плотность сплава

(79,2 гс/м³); Fн – площадь сечения наплавленного металла шва (0,6898 см²).

V_св= =0,36 (м/ч)

Масса наплавленного металла: G_н=F_н*i*L, где L-длина сварных швов (360 см).

G_н=0,6898*79,2*360=19668 (г)

Расход электродов = 19668*1,6=31468 (г)=31,468 (кг)

Время сварки t_св=

Количество энергии W_св=I_св*U_св*t_cв*10^-3=140*26*10,4*10^-3=37,856 (кВт/ч)

Дата добавления: 2015-11-04