Введение в отливку и технические требования
Материал корпуса трансмиссии сельскохозяйственной техники — HT250; конструкция корпуса относительно сложная. Изделие производится по технологии литья по газифицируемым моделям. Хотя в целом его легко отливать, в процессе фактического производства всё ещё возникает множество проблем.
Максимальные габаритные размеры корпуса трансмиссии сельскохозяйственной техники составляют 692mm в длину, 272mm в ширину и 312mm в высоту. Масса отливки нетто — 72kg. Основная толщина стенок составляет от 6mm до 38mm, припуск на механическую обработку — от 3mm до 4mm. Материал — HT250, его химический состав приведён в таблице 1. Отливка относится к среднеразмерным тонкостенным коробчатым отливкам. Конструкция отливки сложная, верхнее отверстие склонно к деформации. Припуск на обработку небольшой, поэтому проектирование и изготовление технологической оснастки достаточно сложны. Если какой-либо этап тесно взаимосвязанного производства по технологии литья по газифицируемым моделям выполнен ненадлежащим образом, это с большой вероятностью приведёт к браку.
250MPa
Детали корпуса сельскохозяйственной техники используются для опирания подшипника и вращающегося вала, а также для удержания трансмиссионного масла, смазывающего шестерни, благодаря чему реализуется функция передачи мощности. Поэтому качество отливки имеет большое значение для нормальной работы всего оборудования сельскохозяйственной техники. Требуется плотный материал; такие литейные дефекты, как неспай, шлаковое включение и песчаное включение, не допускаются. Предел прочности при растяжении должен быть выше 250MPa, а твёрдость — выше 200HB. Форма отливки показана на рисунке 1.
Требования к химическому составу отливок
| Si | Mn |
Схема отливки
Формование пенополистировой модели
Сначала пенополистироловая модель была забракована из-за недостаточного заполнения материалом. Как показано на рисунке 2.
Пенополистироловая модель с недостаточным заполнением материалом
0.05MPa
0.02MPa
25Kg/m3
После анализа причины были определены следующим образом:
(1) Положение впуска материала в пресс-форму выбрано нерационально, из-за чего путь перемещения гранул слишком длинный и на нём легко возникает закупорка.
(2) При использовании автоматического пистолета подачи давление воздуха недостаточно.
(3) Угол между воздуховпускным и материальным отверстиями пистолета подачи выбран нерационально, из-за чего воздух не обеспечивает достаточной мощности для перемещения гранул при заполнении.
(4) Плотность гранул слишком мала, а их диаметр слишком велик, поэтому при заполнении тонкостенных участков они не могут заполнить их полностью.
(5) Зазор при смыкании пресс-формы слишком мал.
На основании указанных причин внесены следующие улучшения:
(1) Давление воздуха должно гарантированно превышать 0.05MPa.
(2) Угол между отверстием подачи и воздуховпускным отверстием пистолета подачи следует скорректировать примерно до 15 градусов.
(3) Для размещения гранул использовать бункер подачи под давлением; давление в бункере составляет около 0.02MPa, что позволяет увеличить давление подачи.
(4) Уменьшить размер гранул и увеличить их плотность примерно до 25Kg/m³, после чего выполнить дальнейшую регулировку на этой основе.
(5) Что касается расстояния при смыкании пресс-формы, его следует увеличить до максимально возможного значения, при котором гранулы ещё не будут высыпаться; фактическое расстояние на объекте составляет 7mm.
После указанных регулировок пенополистироловая модель была успешно изготовлена, и было достигнуто стабильное производство.
Склеивание пенополистировой модели
Максимальная толщина стенки этой отливки составляет 38mm, поэтому её легко сушить. Температура в сушильной камере составляет от 50 до 60 градусов Цельсия, а влажность — от 20 до 30. Сушка должна продолжаться 12 часов.
Для склеивания поверхности разъёма используется холодный клей, а для герметизации поверхности разъёма — бумажный клей.
Нанесение и сушка покрытия
Используется самостоятельно изготовленное покрытие. Оно наносится дважды, толщина составляет около 1.5mm.
Проектирование литниковой системы
72kg。Согласно единичной массе отливки, составляющей 72kg.
Литниковая система показана на рисунке 3:
Рисунок3
Одна заливочная чаша используется для заливки двух отливок.
Сборка моделей выполняется вне опоки. Один шлакоуловитель используется для заливки двух отливок. Для усиления опоры моделей в процессе сушки и формирования кластера моделей используются деревянные рейки и термоклей для склеивания и фиксации моделей. После завершения фиксации количество используемого клея следует минимизировать, чтобы избежать прилипания песка к местам склеивания. Размеры литникового стояка составляют 35×40×420, размеры питателя — 8x80x140.Литниковый стояк должен сохранять высоту 8mm, иначе невозможно будет достичь эффекта предотвращения попадания шлака в литниковый стояк. Питатель расположен у толстой стенки отливки, что способствует плавному заполнению расплавленным металлом; использование одного питателя облегчает формование.
Чтобы повысить коэффициент использования опоки, эту отливку обычно заливают по три штуки в одной опоке и с двумя заливочными чашами на опоку, как показано на рисунке 4. Другой способ заключается в соответствии одного литникового стояка одной отливке. Прямой литниковый канал 30 × 30 × 420, внутренний литниковый канал 2 × 35 × 6 × 40, как показано на рисунке 5. Причина использования двух питателей в этом случае состоит в усилении фиксации при удобной сборке.
Рисунок4
Процесс захоронения трёх отливок в одной опоке.
Схема одной заливочной чаши для одной отливки.
Процесс формования
Корпус трансмиссии сельскохозяйственной техники не имеет конструкции, затрудняющей заполнение песком, поэтому заполнение песком относительно простое. Речной песок 20-40 меш. Сначала уложить нижний слой песка толщиной около 150mm.Сначала уложить нижний слой песка толщиной около 150mm. После выравнивания поверхности нижнего слоя песка установить отливку и начать заполнение песком. Вибрировать песок около 60 секунд для его уплотнения. Затем снять клейкую ленту с верхней части литникового стояка, накрыть его тонким пластиковым листом и добавить верхний слой песка толщиной около 50mm. Далее установить глиняную полоску на верхней части заливочной чаши и установить заливочную чашу на неё. Однако необходимо предотвратить попадание глиняной полоски в пенополистироловую модель, поскольку это может вызвать дефекты из-за размыва глиняной полоски расплавленным металлом во время заливки.
Проблемы литейных дефектов
Дефекты неспая
Причиной стала недостаточная квалификация оператора заливки, из-за чего в процессе заливки скорость заливки отставала. В результате в тонкостенном участке на дальнем конце питателя, где расплавленный металл заполнял форму последним, возникли дефекты неспая. В последующих процессах заливки благодаря поддержанию ритма медленно–быстро–медленно этот дефект больше не возникал. Как показано на рисунке 6.
Схема дефектов неспая.
Дефекты неспая, вызванные недостаточной сушкой пенополистировой модели и наличием водяного пара.
Этот тип дефекта аналогичен неспаю, вызванному недостаточной температурой, но поражённая область относительно больше. Поскольку это происходило на начальной стадии производства отливки, каждый этап процесса ещё не был освоен должным образом, и дефект возник в период отладки. При поддержании нормальной влажности и температуры в сушильной камере время сушки после нанесения первого слоя покрытия сокращено с первоначальных 12 часов до 5 часов, а время сушки после нанесения второго слоя покрытия увеличено с первоначальных 12 часов до 18 часов, чтобы обеспечить полное высыхание покрытия. Как показано на рисунке 7.
Схема дефектов неспая.
Вздутие на отливке
Покрытие, использовавшееся для отливок на производственном объекте, было приготовлено самостоятельно. Неправильная пропорция добавленного в покрытие связующего привела к увеличению поверхностного натяжения покрытия, из-за чего пузырьки в покрытии не лопались. Проблема была решена после корректировки соотношения добавления связующего и уменьшения номера зернистости заполнителя покрытия. Как показано на рисунке 8.
Вздутие на отливке
Шлаковое включение покрытия
Поскольку отливка формируется сборкой верхней и нижней моделей, а площадь склеивания относительно велика, для склеивания используется холодный клей, после чего соединение усиливается бумажной лентой. Процесс и результат склеивания показаны на рисунке 9.
В процессе склеивания отливки поверхность разъёма была обработана ненадлежащим образом, что привело к плохому соединению. В результате при нанесении покрытия оно проникло в соединение, вызвав дефекты шлаковых включений и приведя к браку отливки.
Схема шлакового включения покрытия.
Шлаковое включение у питателя
В конструкции высота питателя рядом с отливкой составляет 8mm. Однако в ходе последующих производственных операций рабочие не заметили эффект блокирования шлака при этом размере и сделали высоту питателя более 8mm. В результате эффект блокирования шлака шлакоуловителем снизился, что привело к дефектам шлаковых включений у питателя отливки. Как показано на рисунке 10.
Схема дефектов шлаковых включений.
Шлаковое включение глиняной полоски
После формования нижнюю часть заливочной чаши необходимо загерметизировать глиняной полоской для предотвращения разбрызгивания расплавленного металла. Отслеживание производства показало, что неправильное использование глиняной полоски привело к её выходу за предусмотренную область и попаданию в полость формы во время заливки. Форма дефекта аналогична форме глиняной полоски. Как показано на рисунке 11.
Схема дефектов шлаковых включений, вызванных глиняными полосками.
Пригар у питателя
Литниковый канал формируется сначала нанесением покрытия, а затем склеиванием.В процессе склеивания из-за недостаточной квалификации рабочих соединение между питателем и отливкой оказывается неплотным. После нанесения дополнительного покрытия возникают трещины. В результате после заливки в этом месте часто образуется пригар, который очень трудно удалить.
Пригар у питателя
Пригар на твёрдых деревянных рейках
В этом процессе для получения двух отливок из одной заливочной чаши требуется много деревянных реек для фиксации модели. Кроме того, верхнее отверстие пенополистировой модели склонно к деформации, поэтому деревянные рейки используются в качестве стяжек.
Пригар на твёрдых деревянных рейках
Итоги
Отливка может казаться простой, но её изготовление не является лёгкой задачей. Все этапы взаимосвязаны, и если какой-либо из них выполнен ненадлежащим образом, это приведёт к несоответствию отливок требованиям. Поэтому предприятиям, которые только начали использовать производственные линии литья по газифицируемым моделям, важно обучать рабочих и создавать рациональную систему управления.