Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 62
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 4 ЛИТЕРАТУРА 116
ВВЕДЕНИЕ
Рациональное
использование
природных
ресурсов и
энергии является
важнейшей
задачей производства,
экономики и
экологии. Поэтому
создание
оборудования,
позволяющего
экономить
тепловую энергию,
является наиболее
актуальным.
В решении
этой проблемы
важная роль
принадлежит
литейному
производству,
т.к. литьем получают
большинство
гидравлического
и энергетического
оборудования.
Среди подобного
оборудования
особое место
занимают литые
теплообменники,
конструкция
которых постоянно
усовершенствуется,
позволяя более
рационально
использовать
тепловую энергию.
Другим направлением
в производстве
теплообменников,
является их
удешевление
за счет используемого
при их отливке
сплава. т.к. к
подобным отливкам
предъявляются
повышенные
требования
по герметичности,
то их обычно
изготавливают
из стали, цветных
сплавов или
высокопрочного
чугуна, что
значительно
увеличивает
стоимость этих
отливок. Выход
видится в
использовании
серого чугуна,
для чего необходимо
найти способы
улучшить его
свойства.
В
производстве
подобных отливок
также важная
роль отводится
математическому
моделированию,
которое в
значительной
степени упрощает
прогнозирование
процесса формирования
отливки, структуры
металла и, в
конечном итоге,
качества получаемой
отливки.
Производство
теплоэнергетического
оборудования
является важной
экономической
и экологической
задачей. Это
определяет
актуальность
задачи повышения
надежности
и долговечности
работы и коэффициента
полезного
действия
энергетического
оборудования,
в том числе и
теплообменников.
Надежность
и экономичность
работы этих
агрегатов
определяется
работоспособностью
радиаторов
- узлов, работающих
в условиях
повышенных
давлений и в
агрессивной
среде.
Теплообменники
подразделяются
на промышленные
и бытовые. Выпуск
бытовых радиаторов
впервые был
налажен еще
в 40-х годах на
Московском
чугунолитейном
заводе им.Войкова
(Россия). [1]. Были
созданы различные
типы радиаторов,
разработаны
технологии
их производства.
На
заводе им.Войкова
проводились
исследования
по разработке
связующих
материалов
для стержневых
смесей, применяемых
в производстве
радиаторов.
В результате
исследований
был разработан
безмасляный
крепитель БК.
[2]. Для стержневых
смесей был
предложен также
безмасляный
крепитель КО,
для изготовления
которого
использовались
остатки производства
синтетических
жирных кислот,
растворенных
в уайт-спирите.
[3].
Особые
требования
при литье радиаторов
предъявляются
к металлу отливки.
Сплав должен
обладать:
прочностью,
износостойкостью,
коррозионной
стойкостью,
герметичностью.
Такими
материалами
обычно служат
сталь, чугун
и некоторые
цветные сплавы.
Однако, высокая
стоимость стали
и цветных сплавов,
а также низкие
литейные свойства
этих сплавов
ограничивают
широкое их
применение
в качестве
материала для
отливок гидросистем
и теплоэнергетического
оборудования.
Наиболее широкое
применение
при изготовлении
теплообменников
получил чугун,
как более дешевый,
доступный и
хороший литейный
материал. [24]. Одним
из основных
требований,
предъявляемых
к чугуну, является
его герметичность.
Требования
по герметичности
предъявляются
к большинству
отливок, работающих
с жидкостями
и газами под
давлением. При
наблюдении
за работой
гидравлических
устройств,
работающих
под давлением,
часто приходится
наблюдать
явления, противоречащие
друг другу.
Так, в ряде случаев
одни и те же
материалы
иногда ведут
себя по-разному.
То появляется
просачивание
жидкости при
небольшом
давлении, то
при значительных
давлениях тот
же материал
ведет себя
совершенно
по-другому и
показывает
хорошую герметичность.
[24].
Герметичность
отливок зависит
от неплотного
строения. Неплотное
строение отливок
вызывают макро-
и микродефекты.
Макродефекты
- усадочные,
песчаные, шлаковые
раковины, различного
рода трещины,
спаи и другие
нарушения
сплошности
металла; микродефекты
- газовая и
рассредоточенная
усадочная
пористость,
крупные выделения
графита, дефекты,
связанные с
фазовыми
превращениями
материала
отливки и другие.
[8]. Эти дефекты
приводят к
браку отливок.
С целью
изучения
герметичности
чугунов многими
исследователями
были проведены
ряд опытов,
которые проливают
свет на природу
герметичности
чугунов. Герметичность
определяют
различными
способами:
минимальной
толщиной стенки,
выдерживающей
заданное давление,
максимальным
давлением до
появления течи,
расходом жидкости
и газа через
стенку определенной
толщины при
постоянном
давлении, поэтому
невозможно
сопоставить
результаты
отдельных
исследователей.
Так,
например, Г.Тамман
и Г.Брейдемейер
предложили
метод определения
пористости
чугуна красящими
веществами.
Чугунные кубические
образцы с длиной
ребер 30 и 60 мм
помещали в
свободное
пространство
стального
цилиндра с
плотно пригнанным
поршнем, заливались
водным раствором
фуксина или
зозина и с помощью
пресса в течение
10-30 минут подвергали
гидростатическому
давлению. По
количеству
красителя,
проникающего
в образец,
определялась
пористость
чугуна. [24].
В США
применяется
электропневматический
метод испытания
на герметичность.
[8]. Скорость утечки
сжатого воздуха
из полости
отливки контролируется
электрическими
датчиками.
Метод пригоден
для проверки
различных по
объему образцов
при различных
давлениях и
позволяет
качественно
оценить герметичность,
автоматизировать
процесс испытания
и автоматически
сортировать
отливки по
герметичности.
Герметомер,
созданный в
Санкт-Петербургском
политехническом
институте
(Россия), основан
на определении
количества
газа, просочившегося
через стенку
образца за
определенное
время. [8]. Герметичность
определяют
с достаточно
высокой точностью.
Недостаток
- низкая производительность
и необходимость
изготовления
специальных
образцов.
На
предприятиях,
выпускающих
гидравлическую
аппаратуру
и оборудование,
испытания на
герметичность
проводят на
специальных
стендах. К рабочей
полости изделия
в течение
определенного
времени под
давлением
(1.5-2.5 номинального)
подводится
рабочая жидкость.
По величине
потери давления
определяется
герметичность
рабочей полости.
[8].
В Одесском
политехническом
университете
проводились
исследования
герметичности
серых чугунов,
подвергая
образец, вырезанный
из отливки,
одностороннему
давлению жидкости
(газа). [9].
Результаты
испытания серых
чугунов разного
состава иллюстрируют
влияние графитовой
и усадочной
пористости
на характер
фильтрации
жидкости. Анализ
показывает,
что количество
просочившейся
жидкости и,
следовательно,
определившаяся
при этом величина
герметичности
зависят от
пористости
в сплаве, а также
от свойств
металлической
основы (фазовый
состав, прочность
и пластичность
материала).
[8,9].
Известно,
что величина
и тип пористости,
являющийся
одним из основных
критериев
герметичности,
в значительной
степени зависят
от величины
интервала
кристаллизации.
[19]. Поэтому большое
значение приобретает
химический
состав применяемого
чугуна, определяющий
интервал
кристаллизации.
Исследованы
зависимости
пористости
от содержания
в чугуне углерода
и кремния. [19, 20,
21]. Установлено,
что при увеличении
содержания
углерода и
кремния возрастают
число пор и их
размер.
Установлено,
что герметичность
чугунных отливок
с пластинчатым
графитом зависит
от количества
и размеров
включений
графита в структуре
чугуна. [22]. Графитовые
включения,
сообщаясь между
собой, приводят
к образованию
“транзитной”
микропористости
из-за сообщаемости
между собой
зазоров на
границах
графит-матрица
по сечению
стенки отливки,
что приводит
к браку отливки
по “течи”. По
этим зазорам
проникают
жидкости и газы
в стенках сосудов,
работающих
под давлением.
[23].
Учитывая
все вышеизложенное,
основными
мероприятиями,
направленными
на совершенствование
технологии
радиаторного
литья, должны
быть;
создание
технологичных
конструкций;
повышение
плотности
серого чугуна
и использование
его взамен
высокопрочного
чугуна и стали;
дальнейшие
исследования
по изучению
герметичности
различных
сплавов;
совершенствование
системы заливки
и питания отливки.
При
разработке
литейной технологии
очень важен
обоснованный
выбор наиболее
рациональных
приемов, обеспечивающих
необходимые
эксплуатационные
свойства литых
деталей и высокие
технико-экономические
показатели
производства:
получение
качественных
отливок при
минимальной
их стоимости;
высокая производительность;
экономия металла
в результате
уменьшения
припусков на
обработку;
экономия топлива,
электроэнергии
и вспомогательных
материалов;
максимальное
использование
имеющегося
оборудования
и оснастки.
Проектирование
технологического
процесса изготовления
отливки включает
разработку
необходимой
технологической
документации:
чертежей, расчетов,
технологических
карт и др. Объем
технологической
документации
зависит от типа
производства
(единичное,
мелкосерийное,
серийное, массовое).
В условиях
единичного
и мелкосерийного
производства
все технологические
указания наносят
непосредственно
на чертеж детали.
При серийном
и массовом
производстве
на основании
анализа технический
условий на
деталь и ее
конструкции,
расчетов и
справочных
данных разрабатывают
чертеж отливки,
чертежи моделей,
стержневых
ящиков, модельных
плит и т.д.
Правила
выполнения
чертежей элементов
литейной формы
и отливки установлены
ГОСТ 2.423-73.
Прежде
чем приступить
к проектированию
технологии
изготовления
отливки, необходимо
оценить возможности
и целесообразность
выполнения
заказа на данном
предприятии,
руководствуясь
техническими
возможностями
различных
способов литья,
общими принципами
классификации
отливок по их
характерным
признакам,
сведениям о
мощности
подъемно-транспортных
средств, наличии
необходимого
технологического
оборудования,
опок, материалов
и др [29].
Деталь
теплообменник
(Рис.2-1) по назначению
относится к
особоответственным
отливкам, т.к.
работает под
давлением в
агрессивной
среде. Отливка
подвергается
испытанию
давлением 11
кгс/см2.
Производство
отливок единичное.
Опытная партия
составляет
34 шт. Отливка
по массе относится
к 1 группе - мелкие
отливки, т.к.
ее масса составляет
34 кг. По сложности
отливка относится
к 2 группе сложных
отливок.
Рис.2-1.
Труба ребристая
Имеющееся
в расположении
технологическое
оборудование
дает возможность
отлить опытную
партию отливок
в сырые песчано-глинистые
формы при ручном
способе изготовления
форм.
Технологичной
называют такую
конструкцию
изделия или
составных ее
элементов
(деталей, узлов,
механизмов),
которая обеспечивает
заданные
эксплуатационные
свойства продукции
и позволяет
при данной
серийности
изготовлять
ее с наименьшими
затратами.
Технологичная
конструкция
характеризуется
простотой
компоновки,
совершенством
форм. При наличии
отклонений
от указанных
требований
должен быть
поставлен
вопрос о внесении
в конструкцию
детали необходимых
изменений [29].
а
б
Рис.2-2.
Технология:
а) первый вариант, б)
второй вариант.
При
выборе способа
изготовления
отливки в первую
очередь принимают
во внимание
результаты
предварительного
анализа заказа
и технологичности
детали. При
этом, как правило,
определяющим
фактором является
серийность
производства,
реже - технические
требования,
предъявляемые
к изделию, что
влияет на стоимость
формы и модельной
оснастки. В
единичном,
мелкосерийном
и серийном
производстве
отливки изготавливают
обычно литьем
в песчаные
сырые формы.
Отливку
теплообменник
получаем литьем
в песчано-глинистые
сырые формы.
Способ формовки
- ручная.
Конструктивные
особенности
и сложность
конфигурации
радиатора
обусловливают
некоторые
технологические
особенности
при литье данной
отливки в
песчано-глинистые
формы. Отличительной
особенностью
радиатора
является конструкция
поверхности
теплообмена.
Традиционные
круглые ребра
заменены на
квадратные,
что позволяет
при неизменных
габаритах
увеличить
площадь теплообмена
почти в 1.5 раза.
Это потребовало
технологического
решения, которое
заключается
в том, что разъем
выбран по диагонали
фланца. Это
обеспечивает
направленный
выход газов
через вентиляционные
каналы для
каждого ребра
отливки (Рис.2-2).
Так
как отливка
тонкостенная,
то возникает
проблема
проливаемости
всех ребер при
литье во влажную
песчано-глинистую
форму. С этой
целью в верхней
полуформе между
ребрами устанавливаются
пенополистироловые
вставки, соединяющие
ребра между
собой в их верхней
части. После
удаления модели
вставки остаются
в форме и при
заливке располагаются
так, что образуют
подпиточный
канал между
двумя массивными
фланцами (Рис.2-3).
Это
предотвращает
замерзание
металла в тонких
частях отливки.
Образующийся
канал также
улучшает вентиляцию
полости формы,
так как соединен
с двумя выпорами.
Газы, образующиеся
во время заливки
вместе с продуктами
деструкции
пенополистироловых
вставок удаляются
по этому каналу
через выпора
и наколы.
Внутренняя
полость данной
отливки формируется
протяженным
стержнем (отношение
длины к диаметру
составляет
11.7). Стержень
изготавливается
на органических
связующих. В
качестве арматуры
применяется
труба с отверстиями,
обеспечивающими
отвод газов
в знаковые
части (Рис.2-3).
В связи
с высоким рельефом
и большой
поверхностной
площадью модели
ее протяжка
затруднена.
При протяжке
наблюдались
обрывы формовочной
смеси в межреберном
пространстве
и массовые
засоры полости
формы. Так как
формовка
осуществляется
ручным способом,
то в результате
интенсивного
расталкивания
происходит
износ и разрушение
модели. Для
снижения износа
модели и улучшения
качества формовки
применили
протяжной
шаблон и специальное
подъемное
резьбовое
приспособление
для извлечения
модели из формы
(Рис.2-4).
Рис.2-3.
Форма в сборе
Полуформа
верха,
Полуформа
низа,
Наращалка,
Штырь центрирующий,
Штырь направляющий,
Струбцина,
Полость формы,
Стержень,
Арматура,
Пенополистироловые
вкладыши,
Газоотводные
наколы,
Стояк,
Питатель,
Шлакоуловитель,
Выпор.
Рис.2-4.
Устройство
для протяжки
модели: Опока
низа; Модель; Шаблон; Устройство
протяжки.
При
определении
положения
отливки в форме
нужно руководствоваться
несколькими
правилами,
подтвержденными
многолетней
практикой [29].
Наиболее
ответственные
рабочие части,
плоские поверхности
большой протяженности,
места, подлежащие
механической
обработке,
нужно, по возможности,
располагать
внизу; в крайнем
случае - вертикально
или наклонно.
При вынужденном
расположении
обрабатываемых
поверхностей
вверху нужно
обеспечить
такие условия,
при которых
песчаные и
газовые раковины
могли бы образоваться
только в удаляемых
при обработке
частях отливки.
Формы для отливок,
имеющих конфигурацию
тел вращения
(гильзы, барабаны,
шпиндели и
др.) с обрабатываемыми
наружными и
внутренними
поверхностями,
лучше заливать
в вертикальном
положении или
центробежным
способом. Иногда
целесообразно
формовку выполнять
в одном положении,
а заливать
форму в другом.
Для отливок,
имеющих внутренние
полости, образуемые
стержнями,
выбранное
положение
должно обеспечивать
возможность
проверки размеров
полости формы
при сборке, а
также надежное
крепление
стержней.
Для предупреждения
недоливов
тонкие стенки
отливки следует
располагать
в нижней части
полуформы,
желательно
вертикально
или наклонно,
причем путь
прохождения
металла от
литниковой
системы до
тонких стенок
должен быть
кратчайший.
Отливки из
сплавов с большой
усадкой располагать
в положении,
удобном для
питания их
металлом верхних
или боковых
отводных прибылей.
Формы для станин,
плит и других
отливок с большим
числом ребер
должны быть
при заливке
расположены
так, чтобы имелась
возможность
направить
металл вдоль
стержней и
выступов формы.
Важным
является определение
оптимального
числа отливок
в форме. В условия
единичного
и мелкосерийного
производства
отливок в песчаных
формах желательно
в форме размещать
одну отливку.
Выбор
поверхности
разъема формы
подчинен выбору
положения формы
при заливке.
При определении
поверхности
разъема формы
необходимо
руководствоваться
следующими
положениями:
форма и модель,
по возможности,
должны иметь
одну поверхность
разъема, желательно
плоскую горизонтальную,
удобную для
изготовления
и сборки формы;
модель должна
свободно извлекаться
из формы;
всю отливку,
если позволяет
её конструкция,
нужно располагать
в одной (преимущественно
в нижней) полуформе
в целях исключения
перекоса;
при формовке
в парных опоках
следует стремиться
к тому, чтобы
общая высота
формы была
минимальной.
Для
повышения
технологичности
получения
данной отливки
разъем выбирается
по диагонали
фланца (см. Рис.2-2).
Плоскость
разъема модели
совпадает с
плоскостью
разъема формы,
отливка симметрично
располагается
в верхней и
нижней полуформах
(Рис.2-2).
Предварительно
необходимо
определить
возможность
выполнения
отверстий в
процессе получения
отливки и тех
частей отливки,
которые не
могут быть
получены с
помощью модели.
Число стержней,
служащих для
оформления
полости отливки,
её отдельных
элементов и
элементов
литниковой
системы, определяю
с учетом серийности
выпуска отливок.
В единичном
и мелкосерийном
производстве
целесообразно
получать отливки
с использованием
минимального
числа стержней
или вовсе без
них [29].
При
определении
участков поверхности
отливки, выполняемых
стержнями,
нужно руководствоваться
следующими
правилами.
Обеспечивать
минимальные
затраты на
изготовление
стержневых
ящиков.
Обеспечивать
удобную установку
стержней в
форму и контроль
всех размеров
полостей в
ней.
Газоотводные
каналы стержней
должны иметь
выходы в знаках,
они должны
быть размещены
так, чтобы исключить
попадание в
них жидкого
металла.
Опорные поверхности
стержней должны
быть достаточными,
чтобы исключить
деформацию
стержня под
действием силы
тяжести.
Точность
фиксации стержня
в форме обеспечивается
размерами и
конфигурацией
его знаковых
частей, которые
назначают по
ГОСТ 3212-92 с учетом
размеров стержня,
способа формовки
и его положения
в форме (Рис.2-2).
В данной
отливке имеется
одна внутренняя
полость (сквозное
отверстие)
формируемое
одним горизонтальным
протяженным
стержнем. Стержень
армирован.
Арматура служит
каналами для
отвода газов
в знаковые
части (Рис.2-2).
Основные
виды оснастки,
применяемые
при изготовлении
литейных форм
из песчано-глинистых
смесей, - модели
и стержневые
ящики, которые
классифицируются
по следующим
признакам:
виду материала
- деревянные,
металлические,
деревометаллические,
гипсовые, цементные,
пластмассовые,
пенополистироловые;
способу изготовления
форм и стержней
- для ручной и
машинной формовки;
компоновке
элементов -
разъемные и
неразъемные
модели;
сложности -
простые, средней
сложности и
сложные;
размерам модели:
Рис.2-5.
а) модель верха, б)
модель верха
и низа в сборе.
для ручной
формовки - мелкие
(до 500 мм), средние
(500-5000 мм), крупные
(более 5000 мм);
для машинной
формовки - мелкие
(до 150 мм), средние
(150-500 мм), крупные
(более 500 мм);
конструктивному
исполнению
- объемные ,
пустотелые,
скелетные
модели и шаблоны;
точности
изготовления
- модельные
комплекты
(сколько классов
точности);
прочности -
модели 1, 2 и 3 класса
прочности.
Так
как производство
данной отливки
единичное то
модель и стержневой
ящик изготавливаются
из дерева (основа
- сосна, ребра
и фланцы - береза,
стержневой
ящик полностью
сосна).
Рис.2-6.
Стержневой
ящик
Модель
разъемная (Рис.2-5),
стержневой
ящик также
разъемный (Рис.2-6).
По
сложности
модель относится
к группе сложных,
стержневой
ящик к группе
средних.
По
размерам модель
для ручной
формовки относится
к группе средних.
По
конструктивному
исполнению
- объемная.
Класс
точности модельного
комплекта - 5
ГОСТ 3212-85.
Класс
прочности
модельного
комплекта - 2.
Для
определения
конструктивных
размеров модельных
комплектов
в первую очередь
необходимо
установить
припуски на
механическую
обработку,
припуски на
усадку и формовочные
уклоны.
Припуски
на механическую
обработку
назначают по
ГОСТ 26645-85. Этот
ГОСТ распространяется
на отливки из
черных и цветных
металлов и
сплавов и
регламентирует
допуски на
размеры, массу
и припуски на
механическую
обработку.
Данная
отливка получается
литьем в песчано-глинистые
сырые формы
и обозначается
по ГОСТ 26645-85:
точность
отливки 9-7-5-4;
масса
отливки 34-04-0-34.4.
Припуски
на механическую
обработку
представлены
на Рис.2-2.
Припуски
на литейную
усадку обычно
определяют
в зависимости
от вида сплава,
массы и размеров
отливки.
При
разработке
технологии
изготовления
сложных отливок
можно использовать
значение линейной
усадки сплавов
по спиральной
пробе, %.
Материал данной
отливки серый
чугун следовательно
усадка составляет
1 %.
Формовочные
уклоны модельных
комплектов
в песчаных
формах регламентирует
ГОСТ 3212-92. При
применении
песчано-глинистых
смесей уклоны
назначают в
зависимости
от диаметра
или минимальной
ширины углубления
и высоты формообразующей
поверхности.
В зависимости
от требований,
предъявляемых
|