Технологія отримання і обробки заготовок

Введення

Курсова робота «Технологія отримання і обробки заготовок» є узагальнюючою роботою з дисципліни «Матеріалознавство». Обраний в даній роботі технологічний процес повинен забезпечити високу продуктивність праці, найбільш економічне використання матеріалів, вибору оснащення з мінімальними витратами за умови тривалої експлуатації, мінімальну собівартість готових деталей.

Отримана в результаті розробленого технологічного процесу заготовка повинна відповідати умовам, які висуваються завданням для даної курсової роботи.

1 Вибір матеріалу

1.1 Вибір марки матеріалу

Виходячи із заданих властивостей матеріалу і умов роботи, деталь можна виготовити з сірих чавунів марок СЧ20 ... СЧ40, високоміцних чавунів марок ВЧ 35 ... ВЧ 50, а також більшості вуглецевих сталей.

Вибір матеріалу здійснюється на підставі врахування його:

1) експлуатаційних властивостей;

2) вартості і дефіцитності;

3) технологічності обробки (технологічних властивостей).

Умови експлуатації деталі: герметичність, помірні навантаження, межа міцності s _У ≥ 200МПА, твердість 180 ... 200НВ. Тому експлуатаційні властивості матеріалу визначаються в основному їх механічними властивостями.

Крім того, враховуючи, що серійність деталі становить 500 шт. / рік, доцільно методом отримання заготовки вибрати лиття в піщано-глинисті форми. Зважаючи на це, матеріал деталі повинен володіти крім заданих раніше механічних властивостей також ще і хорошими ливарні властивості. Тобто він повинен мати гарну жидкотекучесть, низьку схильність до утворення усадочних раковин, низьку флокеночувствітельность.

Порівняння буде проводитися для двох матеріалів: сірого чавуну СЧ20 і стали 20Л.

Механічні властивості матеріалів наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 - Механічні властивості матеріалів

Марка матеріалу	σ В, МПа	твердість, НВ	жидкотекучесть	Флоке-чутливість	Область застосування
20Л	700	180 ... 220	0,9	Не чутлива	арматура, деталі трубопроводів, фасонні виливки деталей загального машинобудування, виготовлені методом виплавлюваних моделей, деталі, що працюють під дією середніх статичних і динамічних навантажень.
СЧ20	800	200 ... 250	1	Не чутливий	станини, корпусу, кронштейни, опори, плити, кришки, траверси, колосники, блоки циліндрів двигунів, головки циліндрів двигунів, важелі і т.д.

У порівнянні з СЧ20 Сталь 20Л володіє більш високою міцністю, краще обробляється різанням. Але з іншого боку в якості матеріалу для виконання деталі, що задовольняє умовам завдання, цілком підходить сірий чавун. Так як виробництво сірого чавуну є більш економічним порівняно з Сталлю 20Л, то доцільно використовувати саме цей матеріал.

Хімічний склад СЧ20, наведено в таблиці 2.

Таблиця 2 - Хімічний склад чавуну СЧ20,%

Звичайний промисловий чавун містить ті ж домішки, що й вуглецева сталь, тобто марганець, кремній, сірку і фосфор, але в більшій кількості, ніж сталь. Ці домішки суттєво впливають на умови графітизації і, отже, на структуру і властивості чавуну.

Кремній особливо сильно впливає на структуру чавуну, посилюючи графітизацію. Зміст кремнію в чавунах коливається в широких межах: від 0,3-0,5 до 3-5%. Змінюючи вміст кремнію, можна отримати чавуни, абсолютно різні за властивостями та структури - від малокремністого білого до висококремнистою феритного (сірого з пластинчастим або високоміцного з кулястим графітом).

Марганець на відміну від кремнію перешкоджає графітизації або, як кажуть, сприяє відбілюванню чавуну.

Сірка також сприяє відбілюванню чавуну, але одночасно погіршує ливарні властивості (зокрема, знижує жидкотекучесть), тому вміст сірки в чавуні лімітується: верхня межа для дрібного лиття 0,08%, для більшого, коли можна допустити декілька гіршу жидкотекучесть, до 0, 1 - 12%.

Фосфор практично не впливає на процес графітизації. Однак фосфор - корисна домішка в чавуні, тому що він поліпшує жидкотекучесть. Це пояснюється утворенням щодо легкоплавкой потрійний евтектики, що плавиться при 950 ° С. У момент затвердіння евтектика складається з аустеніту, збагаченого фосфором, цементиту і фосфіду заліза (Fe ₃ P).

Тверді ділянки фосфідних евтектики підвищують загальну твердість і зносостійкість чавуну.

Основні ливарні властивості чавуну наведені в таблиці 3.

Таблиця 3 - Основні ливарні властивості і твердість

Сірий чавун має хороші ливарні властивості, тому що відчуває евтектичного перетворення, хорошу жидкотекучесть l _ж.мін - 40 ... 50 мм, малу ливарну усадку (0,8 ... 1,2%) і малу схильність до утворення усадочних дефектів.

Пластинчасті включення графіту забезпечують знижену твердість, а відповідно, гарну оброблюваність різанням, так як структура виходить кришиться і тиск на інструмент зменшується, а також високі антифрикційні властивості. Разом з тим включення графіту знижують міцність і пластичність, тому що порушують суцільність металевої основи, при цьому у сірого чавуну хороша герметичність - здатність матеріалу перешкоджати проникненню частинок рідини чи газу крізь свою кристалічну решітку. Чавунні виливки з дрібним графітом і низьким вмістом фосфору при відсутності волосяних тріщин можуть протистояти тиску рідини до 100 МПа і газів до 70 МПа.

Завдяки поєднанню високих ливарних властивостей, достатньої міцності, зносостійкості, а так само відносній дешевизні сірі чавуни отримали широке поширення в машинобудуванні. Їх використовують для отримання якісних виливків складної форми при відсутності жорстких вимог до габаритів і масі.

Діаграма стану сплавів системи залізо-вуглець наведена на малюнку 1.

Рисунок 1 - Діаграма стану сплавів системи залізо-вуглець: А - аустеніт; Г - графіт; Ж - рідкий розплав

Відливки з сірого чавуну піддають термічній обробці. Використовують відпал для зняття внутрішніх напружень і стабілізації розмірів (560 ⁰ С). Структура чавуну СЧ20 - феррито-перлитная з крупношарового формою графіту - наведена на малюнку 2.

Малюнок 2 - Мікроструктура сірого чавуну з феррито-перлітною основою

1.2 Загальна схема технологічного процесу отримання деталі

2. Оцінка технологічності деталі і вибір способу одержання заготовки

З точки зору механічної обробки деталь має невелику складність при обробці. Отвори менше 15 мм не відливаються. Так як виробництво дрібносерійне, то витрати компенсуються переплавкою сплаву. Деяку складність представляє обробка внутрішньої поверхні. Вона виходить в результаті виконання механічної операції.

В одиничному виробництві проблеми виготовлення і обробки вирішуються використанням універсальної оснастки, верстатів та інструменту.

Програма 500 штук на рік відповідає дрібносерійного виробництва. У зв'язку з вищепереліченим дану деталь доцільно виконати литтям у землю.

Основною перевагою лиття в піщані форми є його універсальність і простота. Цей метод застосовується для виготовлення виливків самої різної форми, габаритів і маси.

Недоліками цього методу є:

• велика витрата металу на ливникову систему;

• недостатньо хороша якість одержуваних виливків;

• низька чистота поверхні і велика шорсткість;

• призначення великих припусків і напусків;

• велика трудомісткість виготовлення виливків

• висока кваліфікація робітників;

• важкі умови праці.

Для виплавки чавуну використовують індукційні і дугові електропечі промислової частоти. Найбільш якісний чавун одержують в індукційних печах промислової частоти, який забезпечує можливість отримання точного хімічного складу.

Вибирається марка індукційної печі ІЧТ-10. Технологічна характеристика індукційної печі наведена в таблиці 4.

Таблиця 4 - Технологічна характеристика індукційної печі

Схема електричної індукційної (бессердечніковой) печі для виплавки чавуну наведена на рисунку 3.

Рисунок 3 - Схема електричної індукційної (бессердечніковой) печі для виплавки чавуну

1 - тигель з вогнетривкого матеріалу; 2 - індуктор;

3 - кожух печі; 4 - жолоб для випуску плавки

Плавку металів проводять в тиглі, виготовленому з основних або кислих вогнетривких матеріалів. Навколо тигля розташовується спіральний многовітковий індуктор, виготовлений з мідної трубки, в якій циркулює охолоджуюча вода. До індуктора підключається живить високочастотний двигун - генератор змінного струму. При пропущенні струму через індуктор (з частотою 500-800 Гц) у металі, що перебуває в тиглі, індукуються потужні вихрові потоки, що забезпечує нагрівання і плавлення металу. Шихтові матеріали завантажують зверху, які складаються з металевої частини, що складається з ливарного чавуну, чавунного брухту, повернення власного виробництва (літники, шлюб), сталевого скрапу, добавок феросплавів (передільний коксовий чавун М1: 3,8% С, ≤ 0,5 - 1,3% Si, ≤ 0,5-1,3% Mn, ≤ 0,15-0,3% P, ≤ 0,02-0,06% S). Для випуску плавки піч нахиляють у бік зливного жолоба.

Плавку проводять методом переплаву. Пуск печі здійснюється за допомогою пускової болванки необхідного хімічного складу масою близько 10-12% загальної ємності тигля, за формою, відповідною формою тигля, але трохи меншого діаметру. Болванку поміщають в тигель і розплавляють. Після цього завантажують складові шихти. У момент завантаження піч повинна бути відключена. На дзеркало рідкого металу завантажують електродну стружку, потім легковагі відходи металообробки і в останню чергу - повернення власного виробництва. Після повного розплавлення шихти в піч вводять феросплави. Метал в печі перегрівають до температури 1350-1400 C. По досягненні цієї температури піч вимикають і відбирають проби для аналізів.

Після коригування доводять температуру металу до 1450-1470 C і проводять випуск його в ковші, попередньо підігріті до температури 600 - 800 C щоб уникнути охолодження металу. В кінці періоду плавлення на метал завантажують флюс, необхідний для утворення шлакового покриву. У якості флюсу використовують вапно і плавиковий шпат. Шлаковий покрив захищає метал від окислення і насичення газами атмосфери, зменшує втрати тепла. Під дією електромагнітного поля індуктора при плавці відбувається інтенсивний рух (циркуляція) рідкого металу, що сприяє прискоренню хімічних реакцій, отриманню однорідного за хімічним складом металу, швидкому Спливання неметалевих включень, вирівнюванню температури. У кінці плавки проводять дифузійне розкислення шляхом подачі на шлак порошкоподібного коксу, феросиліцію і алюмінію. У всіх випадках у печі повинен залишатися рідкий метал у кількості 25-50% загальної ємності, в який знову завантажують шихту.

З плавильної печі чавун випускають у ківш, який мостовим краном переносять до місця розливання чавуну.

Малюнок 4 - розливний ківш

1 - стопор; 2 - стакан з отвором для випуску чавуну;

3 - важільний механізм стопора

Розливний ківш має сталевий зварний кожух з цапфами для захоплення гаками мостового крана. Всередині він футерований шамотним цеглою. У днищі ковша вставлений склянку з вогнетривкого матеріалу з отвором для випуску чавуну. Отвір склянки закривається пробкою з вогнетривких матеріалів; вона нагвинчується на сталевий стрижень стопора, футерованной шамотнимі кільцями. Стопор піднімається і опускається за допомогою приводу з дистанційним управлінням. / 1 /

3. Розробка креслення виливка

3.1 Вибір положення виливка у формі і визначення розняття форми

При виборі положення виливка у формі необхідно врахувати наступне:

• потрібно забезпечити рівномірний чи спрямоване затвердіння виливки;

• найбільш відповідальні, звичайно оброблювані поверхні, треба робити нижніми або бічними (ці поверхні виходять більш чистими);

• тонкостінні частини рекомендується розташовувати в нижніх частинах форми по можливості вертикально або похило.

Вибір розняття форми чи моделі залежить від конфігурації та розмірів виливка, а також від характеру виробництва. Кількість роз'ємів повинна бути мінімальною. Необхідно враховувати, що наявність роз'єму форми може приводити до зсуву частин виливка відносно один одного (перекіс). По можливості потрібно всю виливок або її значну частину поміщати в одній частині форми, краще у нижній; не рекомендується перетинати площиною роз'єму відповідальні опрацюванні чи базові поверхні. Необхідно також забезпечити раціональне розміщення частин литниковой системи.

Для даної деталі лінія роз'єму буде одна, яка зображена на ескізі розробки елементів ливарної форми. Обрана лінія роз'єму найбільш ефективна при даному виконанні деталі, т. к. забезпечує можливість отримання, як центрального глухого отвори, так і зручний підведення литниковой системи.

3.2 Припуски на механічну обробку

Припуском на механічну обробку є шар металу (на сторону), призначений для зняття в процесі механічної обробки з метою отримання необхідної чистоти поверхні і розмірів, заданих кресленням деталі.

Припуски на механічну обробку виливків з чавуну призначаються за ГОСТ 26645-85, при найбільшому габаритному розмірі 100-250 мм. Відповідно до ГОСТ 26645-85 вибираємо для даної виливки 11-й клас розмірної точності, 16-ю ступінь точності поверхонь, 11-й клас точності маси. У відповідності зі ступенем точності поверхонь вибираємо 8-й ряд припусків для нижніх і бічних поверхонь, 10-й ряд припусків для верхніх поверхонь. Припуски на механічну обробку відповідно до номінальним розміром нормованої ділянки відливання і загальним допуском елемента поверхні, вказані на кресленні елементів виливка.

3.3 Припуск на усадку

Величина припуску на усадку вибирається залежно від матеріалу. На кресленні виливка величину припуску вказують у примітці або в правому нижньому кутку. Модельник при виготовленні моделі використовує відповідний усадковий метр.

Для сірого чавуну при литті деталей малої ваги (до 100 кг) усадка становить 0,9-1,3%.

3.4 Формувальні (ливарні) ухили

Формувальні ухили служать для вилучення моделей з форми без її руйнування. Розміри виливки збільшуються в напрямку вилучення моделі з форми, тобто в бік площини рознімання форми. На оброблювані поверхні виливка формувальні ухили даються поверх припусків на механічну обробку, на необроблювані - за рахунок збільшення або зменшення розмірів виливка.

Величина формувальних ухилів вибирається залежно від виду литва, матеріалу моделі і висоти поверхні, на яку призначається ухил, і позначається в градусах або в міліметрах. Формувальні ухили вказані в таблиці 6 на розміри з урахуванням припусків.

Величину формувальних ухилів вибирають в залежності від виду литва, матеріалу моделі і висоти поверхні, на яку призначається ухил, і позначається в градусах або в міліметрах. У таблиці 5 представлені їх значення.

Таблиця 5 - Значення формувальних ухилів

3.5 Напуск

Напуск служить для спрощення виготовлення виливка. Отвір діаметром 15 мм і менше можна не оформляти у литві, оскільки його доцільніше просвердлити в процесі механічної обробки. Таким чином, отвори Æ 15 мм, паз шириною 15 мм при литті не виконуються. Так само напуском закривається канавка.

3.6 Галтель та ливарні радіуси

Галтелі - скруглення внутрішніх кутів при переході від однієї поверхні виливка до іншої. Галтелі забезпечують вилучення моделі з форми, запобігають появі тріщин і усадочних раковин у литві, забезпечують плавний перехід.

Радіус галтелі R визначається за формулою

(1)

де a і b - товщини сполучених стінок виливки в мм.

Отримані за формулою значення округляють до таких величин (стандартний ряд радіусів): 1, 2, 3, 5, 8, 10, 16, 20, 25, 40. По можливості галтелі повинні бути одного радіуса.

Так як на виливках не повинно бути гострих кутів (вони є концентраторами напруг і ускладнюють отримання чіткого контуру виливки), всі гострі кромки округлюють радіусами, розмір яких не перевищує 3 мм. Ці радіуси називаються ливарними і позначаються на кресленні буквою r.

3.7 Коефіцієнт використання металу

(2)

де V _Д - обсяг деталі,

V _ОТЛ - обсяг виливка.

V _Д = 160 ּ 160 ּ 30 - π / 4 ּ ¹⁵ лютого ּ 30 ּ 4 + π / 4 ּ 110 ² ּ 190 - π / 4 ּ 80 ² ּ 220 =

= 1446584 мм ³ ≈ 1446,6 ּ 10 ^-6 м ³

V _ОТЛ = 160 ּ 160 ּ 31,5 + π / 4 ּ 113 ² ּ 200 - π / 4 ּ 77 ^лютого ּ 228 =

= 1750440 мм ³ ≈ 1750,5 ּ 10 ^-6 м ³

= 83%.

Щільність стали r = 7850 кг / м ^3,

m _Д = 11,4 кг,

m _ОТЛ = 13,7 кг.

4. Розробка технологічного процесу одержання заготовки

4.1 Схема технологічного процесу

На малюнку 5 представлена ​​схема технологічного процесу отримання заготовки деталі «Стакан».

Малюнок 5 - Технологічний процес лиття в піщано-глинисті форми

Нижче розглядаються основні етапи отримання заготовки. Формувальними матеріалами називають матеріали, застосовувані для виготовлення ливарних форм і стрижнів.

Стрижневі суміші для виливків діляться на п'ять класів. Для отворів простої форми, до чистоти поверхні яких особливих вимог не висувають, застосовується суміш четвертого класу. Стрижні в процесі заливки використовують великі термічні і механічні навантаження. Тому вони повинні мати більшу вогнетривкість, податливість, підвищену газопроникність і малу газотворностью. Найбільш підходящим для суміші є склад, що складається з піску, сполучного марки ФФ-1С, окису заліза, графіту сріблястого. Така суміш підвищує продуктивність праці, усуває трудомістку операцію сушіння.

В якості формувальних сумішей для виливків застосовують сирі та сухі піщані суміші. У дрібносерійному виробництві в основному застосовуються сухі суміші. Вони мають підвищену міцність і зниженою піддатливістю. Для збільшення податливості в суміш додають тирсу, торф, азбестову крихту. Склад суміші: 70% - відпрацьованої суміші, 27% ​​- свіжого матеріалу, 3% - деревної тирси.

Заливальне форму виготовляють у опоках - жорстких рамках зі сталі марок 20Л і 30Л. Форму отримують у двох опоках - верхньої і нижньої. Для точності складання їх центрують штирями і втулками. У даному випадку використовуються опоки для ручного формування.

Протипригарних фарби і пасти оберігають поверхню виливка від пригара, збільшують поверхневу міцність, зменшують обсипальність форм і стрижнів, забезпечують одержання чистих виливків. Нанесення на поверхню форми і стрижнів фарби сприяє утворенню міцного шару вогнетривкого матеріалу. У даному випадку вибирається фарба марки ГБ.

Існує такий порядок виготовлення піщаної форми. Встановлюється дерев'яна модель на модельну плиту, встановлюється порожня нижня опока, Поверхня моделі змочується розчином гасу і мазуту. Потім засипається просіяна лицювальна суміш і шарами засипається наповнювальна суміш, яка періодично ущільнюється вручну. Далі опока перевертається разом з модельною плитою на 180 ˚ і встановлюється друга половина моделі. Встановлюється верхня опока і процес наповнення повторюється. Робляться наколи душником.

Далі модель витягується з форми. Поверхні форми обробляють, пошкоджені місця виправляють. Встановлюють стрижні і збирають форму.

Модель складається з дерев'яної форми, що повторює форму готової відливки та литниковой системи. Литниковая система складається: з воронки (для дрібних відливок), призначеної для прийому струменя металу; стояка - вертикального каналу по якому тече розплавлений метал до інших елементів системи; живильників - каналів, що передають метал у порожнину форми, випоровши, призначеного для відведення газів з порожнини форми. У даному випадку шлакоуловителя не застосовується, тому що він вже є в пристрої індукційної печі.

Далі виливок охолоджується деякий час разом з формою. Потім вона витягується і форма руйнується, з виливки витягають стрижні, відокремлюються літники. Проводиться обрубка та очищення виливки її перша термічна обробка. Відливання готова.

4.2 Виготовлення стрижнів

Процес виготовлення стрижнів включає наступні операції: формовку сирого стрижня, сушіння, обробку і забарвлення сухого стрижня.

При виготовленні стрижнів в ручну у рознімному стержневом ящику роздільно набивають половини стрижневого ящика. Поверхні роз'єму змащують клеєм і обидві половини ящиків з'єднуються один з одним і металевою голкою роблять вентиляційний канал. Потім стрижень видаляють з стрижневого ящика, встановлюють на сушильну плиту і відправляють в сушильну піч.

Сушіння стрижнів проводиться при температурах 150 ⁰ - 240 ⁰ С протягом 2 -3 годин. Температура і час сушіння залежать від застосовуваних закріп, а також від розмірів стержнів. Крім цього сушка стержнів може здійснюватися струмами високої частоти. Після сушіння стрижні піддають обробці і контролю. Виготовлені стрижні повинні мати гарну міцністю, високою газопроникністю, вогнетривкістю, піддатливістю, легкої вибіваемостью з виливків, низькою гідроскопічночстью і мінімальної газотворностью здатністю. Для запобігання пригара і поліпшення чистоти поверхні виливків, стрижні покривають тонким шаром протипригарних матеріалів. Для сирих форм з цією метою користуються пріпиламі. У формах для чавунних виливків використовується порошкоподібний графіт. Для сухих форм готують протипригарних фарби, що представляють собою водні суспензії тих же матеріалів: порошкоподібного графіту (чавунне лиття).

5. Термічна обробка заготовки

Термічна обробка являє собою сукупність операцій нагріву, витримки та охолодження, що проводяться в певній послідовності з метою зміни внутрішньої будови сплаву і отримання потрібних властивостей.

Для зняття ливарних напруг і стабілізації розмірів чавунні виливки отжигают при температурі 500 ⁰ - 570 ⁰ С. У залежності від розмірів і форми виливки витримка при температурі відпалу становить 3 - 10 годин. Охолодження після відпалу повільне, разом з піччю. Після такої обробки механічні властивості змінюються мало, а внутрішні напруги знижуються на 80 - 90%. Іноді для зняття напружень у чавунних виливках застосовують природне старіння чавуну - витримка їх на складі протягом 6 -10 місяців. Така витримка знижує напруги на 40 -50%.

У даному випадку застосовується відпал при температурі 500 ⁰ - 570 ⁰ С протягом 3 - 5 годин і з наступним охолодженням з піччю.

6. Механічна обробка

Механічна обробка являє собою сукупність дій, спрямованих на забезпечення потрібної форми і розмірів заготовки шляхом зняття шару металу, призначеного на припуски і напуски, ріжучим інструментами. При цьому отримують задану точність і чистоту поверхні.

Перша операція являє собою підготовку баз для подальшої обробки деталі. Вона здійснюється на токарному верстаті. На малюнку 6 представлена ​​схема обробки на першій операції.

Рисунок 6 - Схема обробки на першій операції

На подальших операціях відбувається обробка інших поверхонь і доведення їх до потрібної шорсткості і вимог щодо точності. Зовнішні поверхні і отвір обробляють на токарних, фрезерних і розточувальних універсальних верстатах. Спочатку отримують отвір, потім зовнішній і внутрішній контур і доводять ці отвори.

7. Доведення і контроль

Доведенням усуваються недоліки, що виникають в результаті механічної обробки: задирки, гострі краї. Доведення проводиться за допомогою абразивного інструменту: наждачного паперу різного номери і абразивним кругом.

Після доведення всі деталі піддають ретельному контролю. Виявлений шлюб відправляється на переплав.

Висновок

Таким чином, в даній курсовій роботі було створено технологічний процес отримання деталі - стакан. Для заданих механічних властивостей був підібраний відповідний матеріал - чавун СЧ20, для заданої програми 500 штук на рік - спосіб отримання - лиття в піщано-глинисті форми. Розроблено креслення виливка, враховуючи припуски на механічну обробку, напуски, ливарні ухили і радіуси.