Методические рекомендации по выполнению курсовой работы по технологии литейного производства

Литейное производство — основа современного машиностроения, позволяющая получать заготовки сложнейшей конфигурации. Курсовая работа по этой дисциплине является не просто учебным заданием, а полноценным инженерным проектом. Ее главная цель — разработка сквозного технологического процесса изготовления конкретной отливки, от анализа чертежа детали до рекомендаций по обеспечению качества и безопасности.

Для достижения этой цели необходимо решить ряд ключевых задач, которые и формируют структуру работы:

• Провести анализ исходных данных и теоретический обзор существующих технологий.
• Обоснованно выбрать способ литья, материал и спроектировать отливку.
• Разработать конструкцию литейной формы и литниково-питающей системы.
• Выполнить необходимые технологические и экономические расчеты.
• Проанализировать возможные дефекты и предложить меры по их предупреждению.
• Описать требования по охране труда и окружающей среды.

По сути, пояснительная записка к курсовой работе — это ваша «дорожная карта», ведущая от инженерного замысла к готовому изделию. Теперь, когда мы определили цели и общую структуру, необходимо заложить теоретический фундамент для принятия всех последующих инженерных решений.

Какую теоретическую базу необходимо подготовить для курсовой работы

Теоретический раздел курсовой работы — это не формальный пересказ учебников, а аналитический фундамент для ваших практических решений. Ваша задача — изучить и систематизировать информацию, которая напрямую относится к вашей детали и производственным условиям. В первую очередь, необходимо рассмотреть ключевые технологии получения отливок.

Основные методы литья:

• Литье в песчаные формы: Самый массовый метод (около 80% всех отливок), подходящий для крупных и сложных деталей из черных и цветных металлов. Его преимущество — экономичность, а недостаток — невысокая точность и качество поверхности.
• Литье под давлением: Идеально для массового производства точных деталей из цветных сплавов (алюминиевых, магниевых). Обеспечивает высокую производительность и минимальную потребность в последующей обработке.
• Литье по выплавляемым моделям: Применяется для получения высокоточных отливок сложной конфигурации из любых, в том числе тугоплавких, сплавов. Метод дорогой, но незаменимый в аэрокосмической отрасли и приборостроении.
• Центробежное литье: Используется для изготовления деталей тел вращения (трубы, втулки, кольца). Позволяет получать плотную структуру металла без газовых и усадочных дефектов.

Параллельно с методами литья необходимо проанализировать свойства литейных сплавов. Например, алюминиевые сплавы (силумины) обладают превосходной литейностью и коррозионной стойкостью, что делает их незаменимыми для корпусов насосов или блоков цилиндров. В свою очередь, магниевые сплавы ценятся за легкость и высокую удельную прочность, что критически важно в авиации и автомобилестроении. Изучив чертеж вашей детали, ее назначение и серийность, вы сможете предварительно выбрать 2-3 подходящих метода и сплава для дальнейшего детального сравнения.

Как выбрать и обосновать оптимальный способ получения отливки

Выбор технологии — это ключевое инженерное решение в курсовой работе, которое должно быть четко аргументировано. Это не случайное решение, а результат анализа по нескольким важнейшим критериям. Ваша задача — доказать, что выбранный вами метод является оптимальным для заданных условий.

Сравнение потенциально подходящих технологий следует проводить по следующему алгоритму:

1. Материал детали: Некоторые сплавы (например, тугоплавкие стали) можно получить только ограниченным числом способов.
2. Конфигурация и габариты: Сложность и размеры отливки напрямую влияют на выбор. Крупные стальные детали практически всегда получают литьем в песчаные формы.
3. Требования к точности и качеству поверхности: Если деталь требует высокой точности и минимальной мехобработки, выбор смещается в сторону литья под давлением или по выплавляемым моделям.
4. Масштаб производства: Для единичного и мелкосерийного производства подходят более дешевые в подготовке песчаные формы. Для массового — рентабельно вкладываться в дорогостоящие металлические пресс-формы (литье под давлением).

Выбор всегда должен быть обоснован. Формулировка «выбираем литье в песчаные формы» является недостаточной. Правильная аргументация звучит так: «Для изготовления детали ‘Корпус’ из серого чугуна СЧ20 в условиях мелкосерийного производства выбираем литье в песчано-глинистые формы. Этот метод является наиболее экономически целесообразным, поскольку деталь имеет большие габариты, а требования к точности (класс точности 8-9) и шероховатости поверхности позволяют избежать использования более дорогих технологий».

Таким образом, вы сравниваете 2-3 метода и доказываете, что ваш выбор — это оптимальный баланс между качеством, производительностью и стоимостью. После того как технология определена, можно приступать к детальной конструкторской проработке будущей отливки.

Проектируем чертеж отливки с учетом всех технологических требований

Разработка чертежа отливки — это процесс превращения чертежа готовой детали в чертеж заготовки с учетом всех технологических нюансов выбранного метода литья. Этот процесс выполняется в строгой последовательности, где каждый шаг логически вытекает из предыдущего.

Основные этапы проектирования чертежа отливки:

1. Выбор положения отливки в форме. Это первое и одно из важнейших решений. Положение выбирают так, чтобы обеспечить удобный подвод расплава, легкую установку стержней и направленное затвердевание для предотвращения усадочных дефектов.
2. Выбор поверхности разъема модели и формы. Линия разъема должна быть по возможности плоской и проходить по наибольшему сечению отливки. Это упрощает изготовление модели и формы, а также последующую обработку.
3. Назначение припусков на механическую обработку. Припуски добавляются к тем поверхностям отливки, которые будут обрабатываться резанием для получения итоговой точности и чистоты. Их величина зависит от материала, размеров детали и ее положения в форме.
4. Назначение формовочных уклонов. Это небольшие наклоны вертикальных стенок модели, необходимые для ее легкого и бездефектного извлечения из литейной формы. Без уклонов извлечение модели может привести к разрушению стенок формы.
5. Проектирование стержней и стержневых знаков. Если деталь имеет внутренние полости или сложные наружные поверхности, для их формирования используются стержни. Стержневые знаки — это специальные опоры на модели и в форме, которые обеспечивают точную и надежную фиксацию стержня.

Каждое из этих решений должно быть обосновано в пояснительной записке. Результатом этого этапа является готовый чертеж будущей отливки, который служит основой для проектирования литейной оснастки. Когда геометрия самой отливки определена, необходимо спроектировать систему, которая доставит расплавленный металл в полость формы.

Как рассчитать и сконструировать литниково-питающую систему

Литниково-питающая система (ЛПС) — это совокупность каналов, через которые расплавленный металл поступает в полость формы и которая обеспечивает питание отливки в процессе затвердевания. Ее задача — не просто залить металл, а сделать это правильно: обеспечить спокойное, ламинарное заполнение формы и компенсировать усадку металла для предотвращения усадочных раковин.

Конструкция ЛПС включает несколько ключевых элементов:

• Воронка: для приема расплава из ковша.
• Стояк: вертикальный канал для создания металлостатического напора.
• Шлакоуловитель: элемент для задержки шлака и неметаллических включений.
• Питатели (или коллектор): каналы, непосредственно подводящие металл к полости отливки.
• Прибыли: массивные резервуары с жидким металлом, предназначенные для питания отливки в процессе кристаллизации и компенсации усадки.

Расчет системы является центральной частью курсовой работы. Он ведется в несколько этапов: определяется масса отливки, затем — оптимальное время заливки, и на основе этих данных рассчитываются площади поперечных сечений всех элементов ЛПС. Особое внимание уделяется расчету и конструированию прибылей. Их располагают над самыми массивными узлами отливки, которые затвердевают в последнюю очередь. Правильно рассчитанная прибыль гарантирует, что усадочная раковина образуется в ней, а не в теле самой отливки. Теперь, когда все конструкторские решения приняты, их необходимо подкрепить серией обязательных технологических расчетов.

Выполняем ключевые технологические и экономические расчеты

Раздел расчетов — это сердцевина практической части курсовой работы, где все принятые ранее конструкторские решения получают численное и экономическое подтверждение. Расчеты должны быть структурированы и логически связаны между собой.

В курсовой работе по литейному производству обычно выполняются следующие ключевые расчеты:

1. Расчет массовых характеристик. На этом этапе определяется точный объем и масса отливки, а затем и всей литниково-питающей системы. Эти данные являются исходными для всех последующих вычислений, включая расчет расхода металла и себестоимости.
2. Расчет времени заливки и затвердевания. Определение оптимального времени заливки критически важно. Слишком быстрая заливка может привести к эрозии формы, а слишком медленная — к преждевременной кристаллизации и недоливам. Расчет времени затвердевания помогает правильно спроектировать прибыли.
3. Тепловой анализ (упрощенный). В рамках курсовой работы он может быть представлен расчетом тепловых узлов отливки, чтобы подтвердить правильность расположения прибылей и обеспечить принцип направленного затвердевания.
4. Экономические расчеты. Этот блок подтверждает рентабельность предложенного техпроцесса. Как правило, он включает расчет расхода основных и вспомогательных материалов, а также калькуляцию себестоимости одной отливки.

Каждый расчет должен сопровождаться исходными данными, формулами и подробным описанием полученных результатов. После проектирования и расчетов важно предвидеть и предотвратить потенциальные проблемы с качеством готового изделия.

Анализируем возможные дефекты отливок и разрабатываем меры по их предупреждению

Идеальных технологических процессов не существует, и в любой отливке потенциально может возникнуть брак. Задача инженера — не просто констатировать дефект, а понимать причину его появления и, что самое главное, уметь его предотвратить. В этом разделе необходимо связать возможные дефекты с принятыми ранее технологическими решениями.

Основные виды дефектов и меры по их предупреждению:

• Усадочные раковины: Полости, образующиеся из-за уменьшения объема металла при кристаллизации. Причина: неправильный расчет или расположение прибылей. Меры предупреждения: увеличение размеров прибылей, установка холодильников для ускорения затвердевания тонких частей, обеспечение направленного затвердевания.
• Газовые поры: Мелкие пузырьки газа в теле отливки. Причина: повышенное газосодержание в расплаве, низкая газопроницаемость формы. Меры предупреждения: качественная подготовка шихтовых материалов, дегазация расплава, повышение газопроницаемости формовочной смеси, устройство вентиляционных каналов.
• Трещины (горячие и холодные): Разрывы в теле отливки. Причина: термические напряжения при неравномерном охлаждении. Меры предупреждения: создание более плавной геометрии отливки (избегание резких переходов сечений), оптимизация конструкции литниковой системы для снижения напряжений.
• Неметаллические включения: Частицы шлака или формовочной смеси в металле. Причина: неэффективная работа шлакоуловителя, эрозия формы. Меры предупреждения: правильная конструкция литниковой системы (шлакоуловителя), повышение прочности формовочной смеси.

Этот аналитический подход демонстрирует глубину понимания технологии. Помимо технологического качества, неотъемлемой частью любого производственного проекта является обеспечение безопасности.

Какие требования безопасности и охраны труда нужно учесть

Раздел по технике безопасности и охране труда — это обязательная и неотъемлемая часть любого инженерного проекта. Он демонстрирует вашу компетентность не только как технолога, но и как ответственного организатора производства. Литейный цех является зоной повышенной опасности, и игнорирование этих рисков недопустимо.

Основные опасные и вредные производственные факторы:

• Высокие температуры и тепловое излучение от печей и расплавленного металла.
• Брызги расплавленного металла при заливке.
• Выделение вредных газов и пыли (оксиды металлов, углерода, кремния) в процессе плавки, заливки и выбивки форм.
• Работа с движущимся оборудованием (краны, конвейеры).

Для минимизации этих рисков необходимо предусмотреть комплекс мероприятий:

Ключевые меры безопасности:
Во-первых, это использование средств индивидуальной защиты (СИЗ): жаропрочная спецодежда и обувь, перчатки, защитные очки или щитки для лица, а также респираторы для защиты органов дыхания.
Во-вторых, организация эффективной общеобменной и местной вытяжной вентиляции над плавильными агрегатами, заливочными участками и выбивными решетками для удаления вредных паров и пыли.
В-третьих, строгое соблюдение правил пожарной безопасности и эргономики для снижения физической нагрузки на рабочих.

Завершив все основные разделы, необходимо грамотно подвести итоги и оформить работу.

Заключение и оформление работы

Заключение — это не формальность, а возможность еще раз подчеркнуть значимость проделанной работы. В нем необходимо кратко, но емко изложить основные выводы по каждому этапу проектирования. Следует четко указать, что поставленная во введении цель (разработка технологического процесса) достигнута, а все задачи — решены. Например: «В ходе курсовой работы был разработан технологический процесс изготовления отливки ‘Корпус’, выбран и обоснован метод литья в песчаные формы, спроектирована отливка и литниковая система, выполнены необходимые расчеты…»

Не менее важным является правильное оформление пояснительной записки и графической части согласно требованиям ГОСТ. Обратите внимание на следующие моменты:

• Структура и нумерация: Все разделы, страницы, рисунки и таблицы должны иметь сквозную нумерацию.
• Оформление ссылок: В конце работы обязательно приводится список использованной литературы, оформленный по стандарту.
• Приложения: Чертежи (отливки, модели, формы), спецификации и другие объемные материалы выносятся в приложения, на которые должны быть ссылки в основном тексте.

Тщательно оформленная работа, подкрепленная сильным заключением, производит благоприятное впечатление и является залогом успешной защиты вашего проекта.

Список использованной литературы

1. Металлофосфатные связующие и смеси: Монография / Илларионов И.Е., Гамов Е.С., Васин Ю.П., Чернышев Е.Г.; Под общ. ред. Илларионова И.Е. – Чебоксары: Изд-во при чуваш. Ун-те, 1995 – 525 с.
2. Технология литейного производства: литье в песчаные формы: Учебник для вузов / А.П. Трухов, Ю.А. Сорокин, М.Ю. Ершов и др.; Под общ. ред. А.П. Трухова. – М.: Академия, 2005. – 528 с.
3. Могилев В.К., Лев О.И. Справочник литейщика: Справочник для профессионального обучения рабочих на производстве. – М.: Машиностроение, 1988. 272 с.
4. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. Учебное пособие для вузов. Л., «Машиностроение», 1976. – 216 с.
5. Кукуй Д.М., Скворцов В.А., Эктова В.Н. Теория и технология литейного производства. Мн.: Дизайн ПРО, 200. -+ 416 с.
6. Технология изготовления отливок: Учебное пособие / А.Ф. Вязов и др.; М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 68 с.
7. Технология литейного производства. Учеб./Б.С. Чуркин, Э.Б. Гофман, С.Г. Майзель и др.; Под ред. Б.С. Чуркина. – Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф.-пед. ун-та, 2000. – 662 с.
8. Рыжиков А.А. Технологические основы литейного производства. Уральский политехнический институт, 520 с.
9. Справочник литейщика. Под общ. ред. Н.Н. Рубцова. ГНТИМЛ, Москва, 1962. – 520 с.
10. Степанов Ю.А. и др. Технология литейного производства. М.: Машиностроение, 1983. — 287 с.
11. ГОСТ 3.1125-88. Правила графического выполнения элементов литейных форм и отливок. Введ. С 01.01.89. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 19 с.
12. Чернов Ю.И., Кизилов А.И. Справочник по литейной оснастке. ГНТИМЛ, Москва, 1961. – 400 с.
13. Гиршович Н.Г. Чугунное литье. ГНТИМЛ, Москва, 1949. – 400 с.
14. И.Е. Илларионов, И.А. Стрельников, Н.В. Петрово, А.Ф. Журавлева, А.А. Моляков. Некоторые вопросы и особенности применения металлофосфатных смесей для получения отливок из черных металлов и сплавов. Чебоксарский политехнический институт (филиал) Московского государственного открытого ун-та им. В.С. Черномырдина