Обоснование оптимального технологического процесса

Реферат

Пояснительная записка 95 с, 21 рисунок, 22 таблица, 9 источника.

Отливка «Корпус насоса», сплав 09Х16Н4БЛ, моделирование, технология, литье по выплавляемым моделям, прибыль, форма, LWM Flow, SolidWorks, дефект, усадка, критерий Нияма, модуль, затвердевание, полная задача, сечение, сборка, силикатный кирпич.

Объект исследования – отливка типа «Корпус насоса» массой 505 кг.

Цель работы - оптимизация и разработка производства отливки типа «Корпус насоса» с помощью программы LWM Flow.

Полученные результаты – получена оптимальная конфигурация отливки с ЛПС для устранения дефектов в детали.

Основные конструктивные, технологические и технико – эксплуатационные  характеристики: выпуск годной чугунной отливки.

Область применения – .самолетостроение.

































Содержание

Задание на выпускную квалификационную работу 					2 

Реферат 												4

Введение 												6 

1Технологическая часть 									7 

1.1 Анализ технологичности конструкции детали					7 

1.2 Обоснование оптимального технологического процесса

получения литейного сплава 								9

1.3 Расчет размеров отливки 								10 

1.4 Выбор положения при заливке			       			           11 

1.5 Выбор типа ЛПС									           12

1.6 Расчет размеров элементов литников – 

питающей системы блока отливки						           13

1.7 Выбор материалов и разработка пресс – 

формы для моделей	 									17

1.8 Составление маршрутной технологии изготовления

отливок							 					25

1.9 Технологические процессы изготовления отливок 				27

       1.9.1 Изготовление модельных звеньев						27

       1.9.2 Приготовление керамической суспензии				           28

        1.9.3 Изготовление керамической формы		 			30

        1.9.4 Вплавление модельной массы					           25

        1.9.5 Предварительная прокалка форм		 				28

         1.9.6 Формовка оболочковых форм и их

прокаливание		 									29

         1.9.7 Изготовление и ремонт тигелей для вакуумных печей 															29

         1.9.8 Расчет шихты. Подготовка шихтовых материалов 																30

         1.9.9 Плавка стали 									30

         1.9.10 Заливка форм 									31

         1.9.11 Выбивка отливок								31

         1.9.12 Очистка по местам отрезки ЛПС 						31

              1.9.13Отрезка										33

         1.9.14 Очистка после отрезки ЛПС 						33

         1.9.15 Финишные операции			 					35

         1.9.16 Технологический контроль отливок.

Дефекты и брак литья									37

2 Анализ исходных данных			 						38

2.1Общая характеристика проектируемого цеха					41

2.3 Составление общецеховой годовой программы выпуска отливок																41

	2.4 Классификация, определение годовых объемов и обоснование

	Технологического процесса получения литейного сплава					41

2.4.1 Классификация легированных сталей 					47

2.4.2 Определение годовых объемов производства

 литейного сплава 									47

3 Исследовательская часть							 		50

3.1 Назначение LVMFlow			 						59

3.2 Процесс моделирования в СКМ LVMFlow		 				64

4 Компоновочно – планировочная часть 							67

4.1 Выбор и расчет количества оборудования

 модельного отделения ЛВМ								67

4.1.1 Составление программы модельного отделения			69

4.1.2 Выбор оборудования для приготовления и запрессовки модельного состава										70

4.2 Выбор и расчет количества оборудования для приготовления огнеупорных материалов									71

4.2.1 Выбор и расчет количества оборудования для приготовления огнеупорного покрытия							 		74

4.3 Оборудование для выплавки модельного состава 				75

4.4 Выбор моделей оборудования, требуемого в плавильном

 отделении 											75

4.5 Выбор и расчет количества установок для выбивки опок 			75

4.6 Оборудование для очистки отливок					 	76

4.7 Объемно – планировочная компоновка цеха 					77

4.8 Вспомогательные участки и помещения 						77

4.9 Места для хранения	 								81

4.10 Выбор типа задания и конструкции его строительных элементов 						83

Заключение

Список литературы








ВВЕДЕНИЕ



Снижение себестоимости с целью извлечения максимальной прибыли, а так же повышение уровня конкурентоспособности – основная задача, которую ставит перед собой каждый производитель, занимающийся предоставлением товаров и услуг. Литейное производство так же не является исключением, особенно, учитывая тот факт, что неотъемлемой частью литья является брак. 

Наличие дефектов в изготовлении деталей приводит к тому, что производительность труда снижается, а затраты, значительно, увеличиваются. И здесь речь идёт уже не только о финансовой стороне вопроса. Ведь, как известно, процесс производства литья, дело достаточно сложное. Оно требует от рабочего персонала огромной степени внимательности, точности в расчётах и, в силу того, что на литейные процессы занимают большое количество рабочего времени, любая ошибка приводит к тому, что на устранение и выяснение причины дефекта уходит уже в два, а то и в три раза больше времени. В результате чего получается, что сырье испорчено, а прибыли нет.  

С развитием современных технологий литейное производство, безусловно, сделало огромный шаг вперед. И на данный момент, для снижения себестоимости отливок и ускорения процесса устранения дефектов в производстве всё чаще прибегают к компьютерным программам. Ярким примером СМК является программа LVVFlow. Она в значительной мере помогает снизить затраты на проведение экспериментов, позволяет провести влияние каких либо факторов на качество литья и значительно сокращает время на отработку новых  технологий.

Таким образом, целью данной работы послужило выявление причин образования дефектов в отливке, а так же доработки ЛПС и изменение технологических параметров для получения отливки без дефектов. 

Объектом исследования послужила отливка «Корпус насоса» из сплава 09Х16Н4БЛ  ГОСТ 977 [1].




1 Технологическая часть

1.1 Анализ технологичности конструкции детали



На основании анализа программы цеха, нами была выбрана отливка «Корпус насоса». Данный вид отливки предназначен для использования в условиях агрессивных сред, а так же при высоких давления и вибрациях. Таким образом, для того, чтобы эксплуатация была возможной «Корпус насоса» должен быть коррозионно-устойчив, а так же иметь высокую степень герметичности. 

В силу того, что данная отливка обладает сложной конфигурацией, ее можно представить, как совокупность кольца с двумя фланцами и усеченного полого конуса с фланцем. Размеры детали в свету 573?457?214мм. В конструкции полость оформляется стержнем из мочевины. Максимальная толщина стенки 40 мм, минимальная же 12мм. Что касается сопряжения элементов в детали, то оно выполнено плавными переходами, радиус которых до 8 мм. В детали имеются тепловые узлы, которые представляют собой сопряжение кольца и фланцев, сопряжения кольца и усеченного полого конуса, сопряжения усеченного конуса и фланца. 

На основании того, что деталь технологична и ее изготовление выполняется двумя способами. Из цельнолитого литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) или же литья по выплавляемым моделям (ЛВМ), можно сделать вывод, что целесообразным является использование именного второго метода, так как он позволяет более высокую размерную точность и чистоту поверхности отливки при низкой газовой пористости. Помимо этого, данный процесс может быть доведен до автоматизации. Производство отливки является серийным.

Деталь “Корпус насоса” показана на рисунке 1.

Изготовление типа отливки «Корпус насоса» выполняется из стали 09Х16Н4БЛ ГОСТ 977 [1]. Технологические и механические свойства стали 09Х16Н4БЛ ГОСТ 977 [1] приведены в таблицах 1.1 и 1.2 соответственно.





Рисунок 1 – Деталь «Корпус насоса»







Исходя из приведенных данных, делаем вывод, что сталь коррозионностойкая, а так же нечувствительна к межкристаллической коррозии. Она обладает хорошей обрабатываемостью, имеет низкий уровень образования трещин, свариваемость,  а степень ее текучести можно отметить, как удовлетворительную. 

1.2 Литейный сплав и обоснование его оптимального технологичесеого процесса



Без применения вакуумной плавки процесс получения высокого уровня эксплуатационных свойств метала невозможен. Прежде всего, это касается достаточно объемного перечня фасонных отливок из коррозионностойких сталей, жаростойкий, жаропрочных и других.  

Что касается возможности получения расплавов в индукционных вакуумных печах, то она определяется химической активностью компонентов сплава и так же степенью ответственности, которая возлагается на будущую отливку. 

В силу того, что данный вид выплавки металла требует больших финансовых расходов, расплавы, полученные в индукционных вакуумных печах, используют исключительно при получении особо ответственных и ответственных отливок. 

Вакуумная плавка обладает следующим рядом преимуществ. 

	Благодаря более полному протеканию реакции взаимодействия углерода с кислородом, который уже растворен в металле или же находится в неметаллических включениях, степень раскисления стали в вакууме повышается;

	При снижении давления уменьшается растворимость газов в жидких металлах, в результате чего исчезает азот и водород, растворенный в стали;

	Выделяющиеся в расплаве пузырьки газа создают благоприятные условия для удаления частиц, которые присутствуют в составе  неметаллических включений;

	Испарение цинка, олова, висмута и других примесей, которые вредны для стали, происходит более интенсивно;

	В силу того, что степень возможности перегрева расплава увеличивается, а так же из-за устранения противодавления газов в каналах, жидкий металл значительно лучше заполняет форму, которая используется при производстве фасонных отливок [7].

	Конечно же, выплавку легированных сталей можно проводить и при помощи открытых индукционных печей. Безусловно, такой способ требует значительно меньше финансовых расходов, что является, огромным плюсом. Но, в тоже время, риск получения отливок, обладающих каким-либо дефектом, значительно возрастает.  В результате чего выход годного литья уменьшается, что влечет за собой понижение уровня эксплуатационных свойств и потерю металла, которую уже восстановить невозможно.  Кроме того, это сказывается на уровне санитарно-гигиенических условий труда работающего персонала. Он, конечно же, ухудшается, что так, безусловно, является еще одним минусом при выборе данного способа производства. 

	Таким образом, для получения отливки «Корпус насоса», мы выбрали вакуумную плавку  и заливку, так как это помогает обойтись минимальными дефектами при производстве. Для выплавки легированной стали 09Х16Н4БЛ ГОСТ 977 [1], которую мы рассматриваем в качестве примера, предпочтительней является выплавка в вакуумных индукционных печах. 



1.3 Расчет размеров отливки



Размеры отливки соответствуют стандартам ГОСТ Р 53464 [2], так же учтена степень усадки сплава в 2%. И, на основании метода литья ЛВМ, максимального размера отливки (от 250 до 630 мм), материала (легированная сталь), необходимости термообработки, серийности производства и сложности отливки по таблице назначаем десятый класс точности размеров, десятую  степень коробления, десятую степень точности поверхности, девятый класс точности масс и шестой ряд припусков. Результаты заносим в таблицу 1.3



Таблица 1.3 – Припуски на механическую обработку



1.4 Выбор положения отливки при заливке



При выборе положения отливки при заливке необходимо учитывать следующие требования: 

- Принцип направленного затвердевания соблюдается с целью получения плотного бездефектного металла. Иными словами, затвердевание должно проходить последовательно, от наиболее тонких частей заливки через её массивные узлы к прибыли, которая должна подвергаться затвердеванию последней. Таким образом, массивные части должны располагаться сверху;

- Наиболее протяженные стенки должны быть ориентированы вертикально, так как это является весьма благоприятно для их полного и надежного заполнения, а так же для удаления воздуха из них.

Помимо всего прочего, условия механизации производства отливок должны быть обеспечены в полной мере. 

На рисунке 2 показаны три различных варианта положения отливки  “Корпус насоса” при формировании ее свойств.

Если рассматривать все три варианта с точки зрения получения плотной структуры без усадочных дефектов, к коим относятся рыхлоты и раковины, то только вариант «б» соответствует всем требованиям литейной технологии. Что касается варианта «в», то на нем видно, что крупный тепловой узел располагается внизу, а это значит, что принцип постепенного направленного затвердевания нарушен, и получить плотную отливку без дефектов становится невозможно. 

Остается рассмотреть вариант «а», и здесь обнаруживается целый ряд недостатков: во-первых, трудности с заполнением формы, во-вторых, так же нарушен принцип затвердевания.  Кроме того, тела в форме диска для более качественного заполнения формы необходимо заливать в горизонтальном положении.  Таким образом, наш выбор останавливается на варианте «б». 



       а)					б)					в)

а) вертикальное расположение        б) , в) горизонтальное расположение

Рисунок 2 – Варианты расположения отливки при заливке



1.5 Выбор типа литниково–питающей системы (ЛПС)



При литье по выплавляемым моделям ЛПС строят из следующих элементов: литниковой  воронки, стояка, зумпфа и питателей, прибылей и коллекторов.  Расположение перечисленных конструктивных элементов происходит наиболее эффективно в силу характерной для ЛВМ неразъемной форме. Все ЛПС, которые применяют в современном производстве можно разделить на восемь основных типов. 

Что касается отливки «Корпус насоса», то из всех типов ЛПС она является наиболее сложно и ответственной. В нашем случае, для изучения выбираем литниково-питающую систему с местными прибылями. Она  обеспечивает наиболее лучшее заполнение формы металлом и получение качественной отливки без усадочной пористости. 

Эскиз отливки с ЛПС представлен на рисунке 3



 

Рисунок 3 – Отливка с ЛПС



1.6 Расчет размеров элементов литниково – питающей системы блока отливки



Усадочная раковина проявляется в виде концентрированной раковины, осевой рыхлости у протяженных элементов отливок, выходящего на поверхность глубокого свища в местах сочленения стенок, рассеянной пористости. Усадочная раковина снижает служебные свойства детали, в особенности это касается высокой нагруженности и герметичности. 

После того, как был выбран тип ЛПС, на основании принципа направленного затвердевания и закономерности процесса питания, обеспечивается выведение усадочной раковины из тела отливки в прибыль. При выполнении расчета учитывается затвердевание металла в форме, которое происходит с замедлением и зависит при ЛВМ от ее начальной температуры.  Что касается расчётов элементов ЛПС, то для этого используем комплексный метод вписанных сфер.



В методе вписанных сфер условно принимается, что диаметр сферы D, вписанной в тело отливки, отражает относительную продолжительность затвердевания на рассматриваемом участке. Принцип направленного затвердевания считается выдержанным, если диаметр вписанной сферы постепенно увеличивается в направлении от торцевой части отливки к прибыли. Иными словами, для обеспечения плотного металла необходимо, чтобы на любом n – ом участке тела отливки соблюдалось условие  



                                     Dn-1