--PAGE_BREAK--Общая часть
1. Характеристика материала.
Для выполнения курсового проекта выбрана деталь корпус задвижки с проходом 150 мм и давлением 63 кгс/см 2. Данная деталь корпус используется для оборудования нефтяной промышленности. Деталь корпус служит для совмещения трубопроводов между собой и других деталей корпусов меньшего прохода, в транспортных системах на скважинах нефтяных месторождений. Для данной детали корпуса для изготовления выбран материал сталь 30ХМЛ. Сталь 30ХМЛ относится к группе хладостойких материалов. В стали 30ХМЛ присутствуют элементы хрома и молибдена они способствуют повышению ударной вязкости и улучшению хладостойких свойств. Кроме этого низкое содержание вредных элементов, таких как сера и фосфор способствует улучшению механических свойств.
Аналоговыми деталями корпуса могут быть детали используемых в устройствах нефтетранспорта и нефтеперекачки больших проходов. Подобные детали испытывают высокое давление от 63 до 160 кгс/м2 .
С
Si
Mn
Cr
Mo
Ni
S
P
0,22 -0,35
0,2 — 0,5
0,5 — 0,9
0,8 — 1,2
0,2 — 0,35
не более 0,15
не более 0,04
не более 0,04
Химический состав стали 30ХМЛ ГОСТ977-88.
Таблица № 1
Механические свойства стали.
Таблица № 2
σв
σ0.2
δ
ψ
КСV-60
550
370
15
50
250
2. Технические условия.
Деталь переходник изготавливается из заготовки – отливки полученной
методом литья в землю:
1. Точность отливки 12-0-0-12по ГОСТ26645-89.
2. Неуказанные литейные радиусы 5 мм.
3. Не указанные формовочные уклоны 2◦в сторону увеличения тела отливки.
4. Требования к отливке по СТ ЦКБА 014-2004
5. Допускается замена стали 30ХМЛ ГОСТ 977-88 на сталь ХМ25Л ТУ4112-017-00218147-99 отливка 3 группы σв 441, σ0.2 235, δ 19, КСV– 60 400.
6. Допускается для исполнений КЗ13008 -150А.1 заменитель материала на сталь 25Л ГОСТ 977-88 отливка 3 группы σв 441, σ0.2 235, δ 19, КСV– 40 300.
7. Маркировать по ГОСТ 4666-75 технические данные, товарный знак марку материалов. Допускается маркировать ударным способом. Шрифт 10-Пр3 ГОСТ26.008-85. Место под маркировку зачистить Rа 50.
8. Маркировать номер плавки. Допускается маркировать ударным способом. Шрифт 10-Пр3 ГОСТ26.008-85. Место под маркировку зачистить Rа 50.
9. Допускаются остатки питателей до 3 мм.
10. Допускаются остатки прибылей до 5 мм.
Отливка корпус КЗ13008-150А.1 изготовленная из стали 30ХМЛ подвергается техническому контролю размеров указанных в чертеже отливки. Проверки химического состава. Так как отливка корпус относится к IIIгруппе по ГОСТ 977-88. Кроме химического состава стали определяют механические свойства плавки, из которой из отлита данная отливка. Испытания на прочность образцов плавки проводят в специально металлографической лаборатории предприятия. Испытания на специальных стендах высокого давления на прочность номинальным давлением 63 ккс/м2 водной средой и полуторным давлением воздухом.
Определение ударной вязкости при диапазоне температур – 60 – 450 методом Шарпи по ГОСТ9454-78
продолжение
--PAGE_BREAK--
Технологическая часть 1.Анализ технологичности конструкции детали.
Отливка корпус КЗ13008-150А.1 представляет собой конструкцию имеющую в основе совокупность взаимно пересекающихся цилиндрических тел вращения. Рис № 1.
Рис № 1
Соединенные тела вращения имеют плавные радиуса
перехода R
от 5 до 30 мм. Отливка корпуса не является техноло-
гичной так как он имеет наличие тепловых узлов и неравномерных утолщений в своей конструкции. Рис № 2
Рис № 2
Максимальная толщина стенок отливки 51 мм и минимальная толщина 18 мм. Приведенная толщина составляет 34 мм. В дальнейшем при расчете литниковой системы отливки мы будем использовать значение приведенной толщины стенки отливки корпуса КЗ13008-150А.1.
Отливка корпуса имеет обрабатываемые поверхности А; Б по обработке магистральных фланцев, С по обработке центрального фланца и Д обработка по седла.
2. Определение припусков на обработку.
При определении припусков на механическую обработку мы используем справочные данные ГОСТ 26645-85 (Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку для отливок из металлов и сплавов).
Порядок определения припусков на механическую обработку заключается в определения способа производства, класса точности отливки, допуски поверхностей. В технических требованиях отливки корпуса КЗ13008-150А.1 указано – точность отливки 12-0-0-12. Первая цифра указывает на точность отливки 12 класса размерной точности, вторая цифра степень коробления в
нашем случае не определена, третья цифра степень точности поверхностей в нашем случае не определена, четвертая цифра 12 класса точности масс.
По таблице № 9 ГОСТ26645-85 определяется размерная точность отливки в зависимости от способа производства, материала и массы отливки. Отливка корпус, изготавливается методом литья в землю имеет массу 93 кг. При массе до 100 кг материале сталь и использования при формообразовании песчано-глинистую форму с влажностью до 2,5 % и прочностью более 100 кПа Размерная точность соответствует 7 – 12 классу. Так как в нашем случае степень коробления и степень точности поверхностей не определена, то назначение припусков на механическую обработку определяем по классу размерной точности. По таблице № 1 ГОСТ26645 -85 для 12 класса размерной точности определяем для каждого размера (имеющего назначенную обработку) отливки допуски в диаметральном выражении.
Припуски на обработку (на сторону) назначают на каждую обрабатываемую поверхность отливки.(Рис № 2) Минимальный литейный припуск назначаем в соответствии с таблицей № 5. Общий припуск на механическую обработку назначают в соответствии с таблицей № 6.
Для обработки магистральных фланцев корпуса при размере 435 мм допуск на размер составит 10 мм 5 мм на сторону. По таблице № 5 минимальный литейный припуск для 12 класса составляет 2,5 мм. По таблице № 6 общий припуск на допуск 5 мм составит 9 мм в диаметральном выражении на сторну 4,5 мм. Припуск на размер 435 мм составит 7 мм. На сторону. Остальные припуски определяем тем же путем. (табл № 3)
Таблица № 3
Размер
Допуск на размер на сторону
Минимальный
литейный припуск
Общий припуск
Припуск на размер на сторону
435
5,0
2,5
4,5
7,0
226
4,0
2,5
4,25
6,75 (7)
44
2,5
2,5
2,55
5,05 (5)
Ǿ 164
3,5
2,5
3,05
5,55 (6)
продолжение
--PAGE_BREAK--3. Анализ существующего технологического процесса. Выбор метода производства отливки.
Отливка корпуса КЗ13008-150А.1 изготовляется в литейном цехе сталечугуннолитейного завода ОАО « Икар» Завода трубопроводной арматуры.
Вид шихты
Марка
Стальной лом
1А – 2А
Ферросилиций
ФС- 45
Феррохром
ФХ-001А
Марганец металлический
Мр995
Ферромолибден
ФМо60
Возврат производства
30ХМЛ
В качестве основных материалов используется покупная шихта табл № 4:
Таблица № 4
Шихта поступает от надежных поставщиков с наличием сопроводительных документов, сертификатов качества.
Расплав шихты ведется в индукционной печи производства Германско-Американской фирмы АБР (AseaBraunPilar). Печь IFM-3/4,0 имеет емкость 4 тонны производительность 2 тонны в час. Печь среднечастотная 450 Гц мощность 2 МВт. Управляемая, процессором фирмы «Simens» с помощью управляемой программы Prodapt. В качестве загрузочных устройств используются загрузочные бадьи и контейнеры. Контроль химического состава осуществляется двумя способами, экспресс-анализ спектральной установкой ДФС-51(спектрометром) и химическим способом с помощью различных реактивов.
Разливка металла проводится чайниковыми ковшами емкостью 1; 2 тонн. Ковши футерованы в соответствии с правилами промышленной безопасности ПБ-11-551-03. Двухрядной футеровкой из шамотного кирпича с применением в качестве связующего глину марки НУ-2. Сушка ковшей осуществляется на специальных стендах, работающих на природном газе. Температура сушки 600 – 800 ˚С время сушки определено опытным путем, составлены графики сушки для каждого типоразмера ковша.
В качестве формовочных материалов применяются:
Таблица № 5
Вид шихты
Марка
1.
Песок кварцевый
3К3О203
2.
Глина формовочная
НУ-2
3.
Порошок из глины молотой
ПГМС23
4.
Керосин для технических целей
КТ-1
5.
Литапарм для модельной оснастки
6.
Двуокись углерода газообразная
7.
Натр едкий технический
ТР
8.
Силикат натрия раств.мод.2,6-3,0
9.
Уголь гранулированный
ГБ
10.
Стеклоткань
КС 11-ЛАП-2
11.
Мазут
Смесеприготовление формовочной смеси ОФ и облицовочной смеси СХТ проводится в смешивающих бегунах мод 15101 с вертикально-вращающимся катками. В состав смеси ОФ (наполнительная смесь) входит песок, эмульсия на основе глины НУ-2, мазут, вода. В состав облицовочной смеси СХТ входит жидкое стекло, приготовленное на основе силиката натрия растворимого и едкого натра.
Изготовления форм ведется на формовочных машинах встряхивающего типа, вибрационных столах. Типы формовочных агрегатов мод 22506; мод 22505; мод 703М. вибрационные столы собственного изготовления.
Изготовление стержней ведётся по двум технологиям, из смесей на основе жидкого стекла и химически твердеющих смесей. Стержни, изготавливаемые из жидко-стекольных смесей, изготавливаются вручную. Стержни из химически твердеющих смесей изготавливают с помощью смесителя непрерывного действия мод. 4727 производства Санкт-Петербург.
В качестве выбивного оборудования применяются выбивные решетки вибрационного типа.
Для выполнения финишных операций применяется очистное оборудование, дробеметные камеры, 42832, дробеметные барабаны 42223, 42216. голтовочные барабаны. Обрезку литниковых систем выполняют газовой резкой смесью кислорода и природного газа. Обрубку отливок проводят специальным, пневмо-инструментом и ручными средствами удаления заливов и пригара, молотки, зубила.
Отливка корпуса КЗ13008-150А.1 изготавливается по вышеуказанной технологии базовый вариант изготовления в формах со смесью ОФ и облицовкой СХТ. Стержни изготовлены из смеси ХТС.
При технологической разработки для получения качественной заготовки использована расчетная литниковая система, с применением отводных прибылей атмосферного давления на магистральных и центральном фланцев. Кроме этого прибыль установлена в центре для питания мест уплотнения корпуса. Рис № 3.
Рис № 3
Вес залитой формы составляет 240 кг. при весе отливки 93 кг выход годного составит: (93 / 240) х 100 = 38,75 %.
Потребное количество жидкого металла для изготовления тонны литья определяется в зависимости от процента выхода годного от металлозавалки
= 2580,0
где Мз– металлозавалка;
ВГ – вес годного литья в т (1000 кг);
Кгод – % выхода годного литья
Количество жидкого металла будет получено за вычетом потерь в связи с угаром шихты, составляющим примерно 5-6%
= 2734,0
где Куч – % угара
Отходы на литники (возврат собственного производства) определяются как разница между величиной жидкого металла и годного литья. Q
воз
=
(100 –Кгод+ Куч) х Мз / 100 = (100 -38,75 +6) х2580,0))/100 = 1755,0
Целью любого проекта является получение экономического эффекта от внедрения, какого либо новшества. Необходимо предложить на обсуждение техническое решение, которое позволит получать прибыль с наименьшими затратами или затраты не будут существенно влиять на получение качественного продукта.
В своей работе предлагаем применить в технологии, на сегодня широко применяемые за рубежом, специальные вставки. Вставки служат для формирования в форме «прибылей». Кроме этого вставки имеют свойство уменьшать теплоотдачу от отливки к форме, тем самым создавать условие для направленной кристаллизации и питания тепловых узлов отливки. Для определения их параметров необходимо правильно рассчитать элементы литниковой системы.
продолжение
--PAGE_BREAK--4. Расчет параметров литниково-питающей системы
Расчет литниковой системы производят применительно к условиям заливки форм: или из поворотного чайникового ковша, что практикуется при изготовлении мелких отливок, или стопорного ковша
В первом случае строят запертые литниковые системы с отношением Fпит : Fл.ход :Fст = 1,0: 1.05: 1.15 ( 1,0: 1.3: 1.6) где л.ход –общее сечение литниковых ходов после стояка.
При изготовлении крупных отливок, когда литниковая система собирается из керамических элементов соотношение: Fпит : Fпит :Fл.ход = 1: 1: 1 или ее делают расширяющей.
Определение оптимальной продолжительности заливки производят по формуле:
= S1 = 1,4 х = 28,19 сек.
Где:
— оптимальная продолжительность заливки;
S1 – коэффициент времени, установленный по таблице;
- преобладающая или средняя толщина стенки отливки в мм;
G– Вес одной отливки плюс вес литников и прибылей приходящихся на одну отливку в кг.
Значения коэффициента 1для стальных отливок.
Температура и жидкотекучесть метплла
Подвод металла
Снизу сифоном в толстостенные части отливки
На половине высоты или ступечатый (комбинированый)
Сверху равномерно в тонкостенные части отливки.
Нормальные
1,3
1,4
1,5 – 1,6
Повышенные
1,4 – 1,5
1,5 – 1,6
1,6 – 1,8
Таблица № 6
Определение площади сечения питателей производят по формуле.
Fпит = Hср = х 350 = 5,87 см2 .
Где Hср — средний расчетный напор
— общий коэффициент расхода в литниковой системе;
Значение коэффициента стальных отливок
Таблица № 7
Характер отливки
Сопротивление формы
Большое
Среднее
Малое
В сырую
0,25
0,32
0,42
В сухую
0,3
0,38
0,5
Определение площади сечения литникового хода и стояка производится из отношения Fпит : Fпит :Fст = 1,0: 1,2: 1,4 или 1,0: 1,15: 1,3
Уклон стояка делается из расчета 1 мм на 100 мм высоты.
Мы выбираем соотношения Fпит : Fшл :Fст = 1,0: 1,2: 1,3 так как, имеется 2 питателя, соотношения в см2 5,87: (5,87 х 1,2) х 2 = 14,09 : (14,09 х 1,3) х 2 = 36,65.
Таким образом, литниковая система выглядит в соотношении:
5,87: 14,09 : 36,65
Питатель: 5,87 = 2,8 х 2,1
28
21
Шлаковик: 14,09 = 3,36 х 2,52
33,6 (34)
25,2 (26) Ǿ 68,4 (70)
Стояк: 36,65 = 3,14 х 3,42 2
Для выбора размеров изоляционных вставок необходимо определить условный диаметр прибыли. При определении условного диаметра прибыли необходимо вычислить площадь поперечного сечения и периметр того места которое необходимо питать.
Рис № 4
F = 9,8 х 4,4 = 43,12 см2 Р = (9,8 + 4,4) х 2 = 28.4 см
Dусл= (4 х F/ Р) х К вст = (4 х 43,12 / 28,4) х 1,2 = 7,89 см =78,9мм
Где К вст — поправочный коэффициент для изоляционной вставки. От 1,2 – 1,5
Из ряда используемых в производствах и размещенных на сайте «огнеупорные материалы» из изоляционных вставок ближайшая по диаметру d= 75 мм. Все остальные размеры вставки есть в таблицах вышеуказанного сайта.
Конструкция полной литниковой системы будет выглядеть:
Предлагаемый вариант литниково-питающей системы.
Рис № 5
Вес залитой формы составляет 205 кг. при весе отливки 93 кг выход годного составит: (93 / 205) х 100 = 45,36 %. Рис № 5.
Потребное количество жидкого металла для изготовления тонны литья определяется в зависимости от процента выхода годного от металлозавалки
= 2204,0
где Мз– металлозавалка;
ВГ – вес годного литья в т (1000 кг);
Кгод – % выхода годного литья
Количество жидкого металла будет получено за вычетом потерь в связи с угаром шихты, составляющим примерно 5-6%
= 2336,0
где Куч – % угара
Отходы на литники (возврат собственного производства) определяются как разница между величиной жидкого металла и годного литья. Q
воз
=
(100 –Кгод+ Куч) х Мз / 100 = (100 -45,36 +6) х2204,0))/100 = 1336,0
Существующую рассчитанную литниковую систему необходимо проверить на эффективность с помощью программы моделирования SolidCast.
Модель для проверки расчетов литниковой системы:
Моделирование при проверке плотности 99,5 %.
Как видно из результатов моделирования отливка достаточно плотная, при более детальной проверки видно как происходит кристаллизация отливки.
Рис № 8
Разрез с боку
Рис № 9
продолжение
--PAGE_BREAK--