Учебно-методический комплекс дисциплины «Ремонт и реставрация» программы опережающего профессионального обучения и повышения квалификации icon

Учебно-методический комплекс дисциплины «Ремонт и реставрация» программы опережающего профессионального обучения и повышения квалификации


2 чел. помогло.
Смотрите также:
Учебно-методический комплекс дисциплины Страховое дело программы опережающего профессионального...
Учебно-методический комплекс дисциплины «основы товароведения продовольственных товаров»...
Учебно-методический комплекс дисциплины «документационное сопровождение туристической...
Учебно-методический комплекс дисциплины «Организация деятельности службы питания в гостинице»...
Учебно-методический комплекс дисциплины «Организация обслуживания населения на предприятиях...
Учебно-методический комплекс дисциплины Современные технологии построения телекоммуникационных...
Учебно-методический комплекс дисциплины Инфраструктура жилищной и коммунально-бытовой сферы...
Учебно-методический комплекс дисциплины «Основы туроперейтинга» программы опережающего...
Учебно-методический комплекс дисциплины «Основы рекламы» опережающего профессионального обучения...
Учебно-методический комплекс дисциплины «Основы нефтегазовых технологий» Программы опережающего...
Учебно-методический комплекс дисциплины «Организация сервиса в торговле» программы опережающего...
Учебно-методический комплекс дисциплины «технические средства в сервисе транспортных средств»...



страницы: 1   2   3   4   5   6   7   8
вернуться в начало
^

Лабораторная работа № 1


Определение параметров процесса литья

по выплавляемым моделям и расчёт шихты

с учетом сырья заказчика


1. Цель работы

Изучение методики и приобретение практических навыков конструирования модели отливки художественного изделия, изготавливаемого по индивидуальному заказу, расчета шихты с учетом давальческого сырья и необходимого для отливки количества металла.

^ 2. Содержание работы

Изучение теоретических основ конструирования модели отливки, получаемой литьем по выплавляемым моделям; методики расчета количества металла, необходимого для заливки в форму и получения качественной отливки художественного изделия (в том числе с учетом угара); методику расчета шихты с учетом использования различных исходных материалов.

Конструирование модели отливки изделия, изготавливаемого по индивидуальному заказу и расчет количества металла, необходимого для получения отливки по сконструированной модели.

Получение и оценка качества отливки художественного изделия.

^ 3. Оборудование, инструменты и материалы

Ручная центробежная машина фирмы «Kerr»; бензиновый паяльный аппарат (бензиновый бачок ЮВИН-026003, горелка ЮВИН-026015, меха ювелирные ЮВИН-026038); муфельная печь с программным управлением ЭКПС V-10А; весы лабораторные ACCULAB V 200; монолитная литейная форма в опоке; компоненты литейного сплава; емкость с водой, инструменты для очистки отливки и отрезки литниковой системы.

^ 4. Теоретические сведения

Одной из основных задач при проектировании технологии изготовления художественных изделий по индивидуальному заказу методом литья по выплавляемым моделям является конструирование модели отливки («елочки») и расчет необходимого для заливки металла.

На рис. 2.1 приведена схема опоки с установленным в ней модельным блоком. Готовая к заливке металла конструкция состоит из металлического полого цилиндра (опоки), резинового шаблона (уплотнителя), модели стояка (центрального литникового канала), моделей отливаемых изделий, моделей литниковых каналов и формовочной смеси, которой заполнена опока. Модели изделий и литниковой системы изготовлены из легкоплавкой восковой смеси. В качестве изделий, изготавливаемых по индивидуальному заказу, взяты запонки из золотого сплава с рубиновыми вставками.





Рис. 2.1. Схема установки

восковой «елочки» в опоке
Опоки и резиновые поддоны могут быть изготовлены на предприятии по требуемым размерам модельного блока, либо могут быть приобретены опоки стандартных размеров: 10×15 (Ø100 мм, h = 150 мм), 15×20 и др.

В условиях индивидуального производства для получения отливок художественных изделий целесообразно использовать небольшие машины центробежного литья с пружинным приводом.

^ Ручные центробежные машины фирмы «Kerr» (рис. 2.2, 2.3) состоят из основания, где на валу ротора установлена мощная приводная пружина, а также рычага, на одном конце которого размещены литейная опока и контактирующий с ней керамический тигель для плавки металла, а на другом – регулируемый противовес в виде съемных гирек. Рычаг с размещенными на нем устройствами установлен на валу ротора, который в момент заливки металла в опоку приводится в движение пружиной.

Основание машины прочно закрепляется на устойчивой рабочей поверхности стола или верстака с помощью винтов. Литьевую машину рекомендуется устанавливать в металлическую корзину или в специальный защитный кожух, которые предохраняют от случайного контакта с вращающимся рычагом и от возможного выплеска металла в момент его заливки.



а)

б)


Рис. 2.2. Устройство ручной литьевой машины фирмы «Kerr»:


а) рабочее положение; б) рычаг на фиксаторе:


1 – поворотный рычаг; 2 – держатель опоки; 3 – опока; 4 – тигель; 5 – гайка вала ротора;

6 – противовес; 7 – каретка тигля; 8 – фиксатор; 9 – основание; 10 – рабочий рычаг






Рис. 2.3. Схема центробежной литьевой машины фирмы «Kerr»:

1 – опока; 2 – тигель с расплавом; 3 – поворотное устройство; 4 – рабочий рычаг;

5 – противовес; 6 – вал ротора; 7 – фиксатор; 8 – поворотный рычаг; 9 – держатель опоки

Стандартная литьевая машина фирмы «Kerr» укомплектована большим (на 75 г металла) и малым (на 31 г металла) керамическими тиглями, устанавливаемыми в специальную каретку на рабочем рычаге. Тигель вставляют в каретку таким образом, чтобы отверстие в его торце находилось напротив литникового отверстия в опоке, закрепленной в держателе на том же рычаге.

При подготовке тигля к работе в нем предварительно плавят кристаллы борной кислоты с небольшим количеством воды: смесь нагревают до тех пор, пока не появятся пузырьки. Расплавленная смесь покрывает внутреннюю поверхность тигля, что впоследствии облегчает плавку металла и предотвращает его внедрение в стенки тигля.

Противовесы необходимы на рычаге литьевой машины для балансировки веса опоки, тигля и металла для литья: при правильной балансировке рычаг вращается равномерно с минимальными вибрациями. Перед началом работы важно хорошо сбалансировать рычаг, что предотвращает чрезмерный износ трущихся деталей машины.

При балансировке на машину устанавливают макет опоки с формовочной смесью, загружают в тигель необходимое количество металла, а затем производят уравновешивание регулировкой грузов противовеса. Проведение такой балансировки необходимо перед каждым конкретным случаем литья.

Для приведения машины в состояние готовности взводят пружину привода: взявшись за конец рычага с противовесом, его поворачивают на 3…4 оборота по часовой стрелке, после чего устанавливают его на фиксатор, который вытягивают из основания машины. Освобождение фиксатора отпустит пружину и вызовет эффект центрифугирования. Литьевая машина приводится в рабочее положение во время процесса прогрева опоки в прокалочной печи.

Плавку металла в тигле начинают за несколько минут до того, как опока достигнет нужной для литья температуры. Плавку металла в тигле производят с помощью газовой горелки. Пламя регулируют таким образом, чтобы его длина составляла приблизительно 75 мм. Внешняя прозрачная голубая часть пламени – это та его часть, которая вызывает окисление металла. Более яркая, внутренняя, область пламени с высокой температурой обеспечивает восстановление металла. Нагрев металла этой областью пламени уменьшает его окисление и обеспечивает быструю плавку. Когда металл подвергается воздействию восстанавливающей части пламени, его поверхность становится блестящей, похожей на зеркало. При плавлении металла его обрызгивают флюсом (например, тетраборнокислым натрием), что способствует процессу восстановления и увеличивает текучесть металла.

Непосредственно перед окончанием плавки опоку убирают из печи при помощи щипцов и устанавливают в держатель опоки на рычаге машины, при этом отверстие литника должно быть обращено в сторону тигля. Опоку устанавливают встык с отверстием в тигле, чтобы при литье металл из тигля поступал в отверстие литника и заполнял форму.

При этом продолжают воздействовать на металл пламенем горелки. Для перемешивания металла, чтобы убедиться, что он полностью жидкий, используют графитовый стержень. Металл готов к заливке, когда он «перекатывается» по дну тигля как ртуть.

Когда готовность к литью достигнута, потянув рычаг за противовес, освобождают фиксатор, позволяя ему упасть в основание машины. В то же время убирают горелку и отпускают рычаг, который удерживали рукой. Руки и горелку держат в стороне от вращающегося рычага. Если соблюдены правила балансировки, рычаг будет вращаться равномерно и без вибраций. Вращение рычага прекращается самостоятельно, без постороннего воздействия. После остановки рычага опоку снимают с помощью щипцов. При литье желтого золота или серебра опоку погружают в емкость с холодной водой через 3…5 мин. после съема с машины. При литье белого золота опоку выдерживают 15…20 мин., поскольку быстро затвердевший никель сделает золотой сплав хрупким. Опоку, удерживаемую щипцами, несколько раз погружают в холодную воду, пока она окончательно не остынет. После этого отливку очищают от остатков формовочной массы и подвергают соответствующей отделочной обработке.

Центробежное литье по выплавляемым моделям, при соблюдении технологии на всех стадиях изготовления отливок, позволяет получить качественные изделия, максимально приближенные к оригиналу по форме и размерам с высоким качеством поверхности.

^ Определение температуры формы и количества металла, необходимого для получения отливок. Заливка – одна из операций получения отливок, заключающаяся в заполнении полости литейной формы расплавленным металлом. Температура, при которой производится заливка металла в формы, называется температурой разливки, она близка к температуре ликвидуса металла. Температура опоки при заливке металла рассчитывается по формуле:

°С,

(2.1)

где tо – температура опоки при заливке, °С; tлм – температура ликвидуса сплава, °С.


Например, для золотого сплава ЗлМ 585, температура опоки составляет:

°С.

Расчет количества металла, необходимого для получения качественных отливок проводится исходя из равенства объемов воска (модель) и металла (отливка):

,

(2.2)

где – соответственно объем, масса и плотность металла отливки; – соответственно объем, масса и плотность воска модели.

Согласно (2.2) можно записать формулу для расчета необходимого количества металла:

.

(2.3)

Плотность модельных восков приблизительно равна 1000 кг/м3 (1 г/см3). Следовательно, отношение плотности металла к плотности воска можно записать:

.

(2.4)


Плотности некоторых металлов и сплавов (г/см3), используемых при изготовлении художественных изделий: желтое золото 585-й пробы – 13,07; белое золото 585-й пробы – 12,61; желтое золото 750-й пробы – 15,58; серебро – 10,40; платина – 21,45.

Наиболее сложным является определение объема и массы модельного блока. Окончательно масса устанавливается взвешиванием после изготовления и сборки «елочки». В учебных целях, а также на этапе проектирования используется укрупненный расчет. В состав модельного блока входят: модели отливаемых изделий, модели литниковых каналов, модель литника и модель литниковой чаши. Следовательно, выражение для расчета массы модельного блока запишется в виде:

.

(2.5)

Как правило, одновременно отливается несколько (n) изделий и, соответственно, в модельном блоке присутствует (n) литниковых каналов, тогда:

.

(2.6)

Массу отливаемого изделия (mизд) находят исходя из геометрических параметров.

Масса литникового канала (mлк) определяется его геометрическими параметрами, которые зависят от массы и габаритов отливаемого изделия. При изготовлении ювелирных изделий (кольца, перстни, серьги и т.д.) диаметр литникового канала составляет от 1 до 2,5 мм. Длина литникового канала определяется по компоновочному чертежу литниковой системы и зависит от количества рядов отливаемых изделий, количества изделий в одном ряду и т.д. Обычно для получения отливок небольших размеров длина канала составляет 10-15 мм.

Масса литника (mлит) зависит от количества рядов отливаемых изделий, количества изделий в одном ряду, габаритов изделий, их массы и др. Литник представляет собой стержень в форме усеченного конуса, диаметр основания которого может быть задан равным меньшему (прилегающему) диаметру литниковой чаши, а диаметр вершины должен быть равен 2-3 dлк, диаметр литника не может быть меньше толщины отливаемых изделий. «Свободный» конец литника для литья изделий небольших габаритов составляет 30-40 мм.

Масса литниковой чаши определяется габаритами конуса резинового уплотнителя. Необходимо учитывать, что объем литниковой чаши оказывает значительное влияние на качество получаемых отливок. Это может быть проиллюстрировано рис. 2.4. Если металла на литниковой чаше слишком мало и стояк (литник) тоньше, чем отливки, то металл чаши и литника затвердевает раньше, чем металл отливок. Поэтому из-за усадки при кристаллизации металл литника вытягивает (всасывает) еще не затвердевший металл в отливках, что может привести к пористости изделий.







а)

б)

в)

Рис. 2.4. Образование литниковой чаши:

а) металла было достаточно, образовалась нормальная литниковая чаша; б) металла было мало, литниковая чаша практически отсутствует, велика вероятность образования пор в отливках изделий; в) металла было недостаточно, литниковая чаша сформирована частично,

возможно образование пор в отливках изделий


Размеры резинового уплотнителя и, соответственно, конуса, образующего литниковую чашу, зависят от габаритов выбранной опоки. Для получения отливок ювелирных изделий в небольших количествах используют опоки диаметром 100 мм и высотой 150 мм, для которых габаритные размеры конуса составляют: диаметр основания – dосн = 50 мм, высота – hо = 30-35 мм.

Рассмотрим пример расчета необходимого количества металла для получения отливки ювелирных изделий. Необходимо рассчитать количество металла (золотой сплав 585 пробы) для получения 12 отливок запонок, расположенных в литниковой системе в 3 ряда по 4 изделия. Используемая опока – 100×150 мм с размерами конуса: dосн = 50 мм, hо = 30 мм.

Рассчитаем массу отливок. Объем одной отливки определяется геометрией изделия. В рассматриваемом случае объем отливки получен опытным путем и составляет



Объем одного литникового канала определяем исходя из принятых габаритов: диаметр dлк = 2 мм (0,2 см), длина lлк = 10 мм (1,0 см). Он составит:



Объем литниковой чаши определяем исходя из габаритов конуса принятого резинового уплотнителя: dосн = 50 мм (5 см), hкон = 30 мм (3 см). Диаметр вершины усеченного конуса (при = 75°) составит dвер = 0,97 мм (1 см). Объем усеченного конуса (литниковой чаши) составит:



Объем литника определяем исходя из габаритов изделия, количества рядов изделий в литниковой системе, а также рекомендаций по выбору длин «входного» lвх и «свободного» lсв концов литника. При этом учитываем, что диаметр «входного» конца литника равен 0,97 мм (1 см). Длина литника включает lвх = 10 мм (1 см), lсв = 30 мм (3 см), расстояние между двумя литниковыми каналами, равное 0,5 dнар + 3 + 0,5 dнар = dнар + 3 = 21,5 + 3 = 24,5 мм (2,45 см). Принимаем расстояние, равным 2,5 см. Полная длина литника при 3-х рядах изделий (2-х расстояниях между рядами):



Диаметр литника принимаем по рекомендациям:



Объем литника определяем как объем усеченного конуса:



Согласно (8.6) масса модели отливки (по воску) составит:



Следует заметить, что укрупненный метод расчета может привести к завышенному количеству необходимого металла. Поэтому необходимо проанализировать полученный результат и при необходимости внести коррективы. Из нашего расчета видно, что основную долю металла составляет металл литниковой чаши, хотя по рекомендациям он должен составить 15-20% от основного металла, т.е. этот объем явно завышен. Такой результат получен из-за малого количества необходимых отливок. Вносим коррективы: объем литниковой чаши должен составить:

0,2×(см3.

Тогда уточненная масса модели составит:



В соответствии с (2.4) необходимая масса металла (желтое золото 585 пробы) составит:



Химический состав сплавов золота, способы их получения и расчет. Ювелир-литейщик обычно приобретает золото или в виде сплава, или в виде золотого лома желаемой пробы. При отсутствии таких возможностей сплав золота соответствующей пробы и химического состава, можно получить самому. В этом случае одной из задач литейщика является контроль химического состава сплавов, который должен соответствовать требованиям ГОСТа, и учет угара элементов при плавке и литье.

Рассмотрим несколько примеров приготовления сплавов золота соответствующей пробы.

Пример 1. Сколько граммов лигатуры (масса сплава, необходимая для понижения пробы) надо добавить к 25 г. чистого золота 999,9-й пробы, чтобы получить сплав 585-й пробы?

Формула понижения пробы имеет вид:

,

(2.7)

где m – масса лигатуры; М – масса имеющегося золота; ПО – проба имеющегося золота; П1 – желаемая проба сплава.




Таким образом, для получения сплава золота 585-й пробы, необходимо к 25 г. чистого золота добавить 17,7 г. лигатуры.

Пример 2. Сколько граммов чистого золота надо добавить к 25 г. золота 500-й пробы, чтобы получить сплав 585-й пробы?

Формула повышения пробы имеет вид:

,

(2.8)

где M* – масса чистого золота; m* – масса сплава золота, пробу которого надо повысить; П0 – проба чистого золота; П1 – желаемая проба сплава; П2 – проба имеющегося золота.



Следовательно, для получения сплава золота 585-й пробы необходимо к 25 г. золота 500-й пробы добавить 5,12 г. золота 999,9-й пробы.

Пример 3. Сколько граммов меди и серебра надо добавить к 46 г. чистого золота 999,9-й пробы, чтобы получить сплав золота 750-й пробы с химическим составом ЗлСрМ 750-150?

Сначала определим по формуле понижения пробы, сколько граммов лигатуры «медь-серебро» надо добавить к 46 г. чистого золота.



Следовательно, чтобы получить сплав 750-й пробы, к 46 г. чистого золота необходимо добавить 15,3 г. лигатуры «медь-серебро».

Маркировка ЗлСрМ 750-150 означает, что в сплаве 75% золота, 15% серебра и 10% меди.

Чтобы определить, какое количество серебра в граммах содержится в 15,3 г. лигатуры надо составить пропорцию:

75,0 – 15,0

46 – Х.

Отсюда г.


Значит в 15,3 г. лигатуры содержится 9,2 г. серебра. Количество меди можно определить, отнимая из общей массы лигатуры массу серебра: 15,3 – 9,2 = 6,1 г.

Итак, чтобы получить сплав золота 750-й пробы, к 46 г. чистого золота надо добавить 9,2 г. серебра и 6,1 г. меди.


Пример 4. Сколько граммов золота 900-й пробы надо добавить к 51 г. золота 585-й пробы, если требуется получить сплав 750-й пробы?

Воспользуемся формулой повышения пробы:




Пример 5. Сколько золота 999,9-й пробы надо добавить к 10 г. золота 583-й пробы, чтобы получить сплав 585-й пробы?

С 1994 г. для изготовления ювелирных изделий вместо золота пробы 583-й используется золото 585-й пробы. Поэтому ювелирам часто приходится готовить сплав 585-й пробы из сплава золота 583-й пробы.

Когда проводилось опробование изделия из золота 583-й пробы, пробирной инспекцией давался допуск к точности определения пробы 583 ± 0,05%, а с 1994 г. допуск к точности определения пробы составляет 585 + 0,05%.

Поэтому при изготовлении сплава золота 585-й пробы из сплава золота 583-й пробы надо учесть точность определения пробы. Например, изделия с клеймом 583 пробы сплава марки ЗлСрМ 583-80 может содержаться 58,0 – 58,6% золота, 7,5 – 8,5 % серебра, а остальное – медь.

Воспользуемся формулой (2.7) для повышения пробы:

для сплава золота 583-й пробы



для сплава золота 583-0,05% пробы с учетом допуска



Таким образом, для того чтобы получить сплав золота 585-й пробы из золота 583-й пробы, надо к 10 г. золота 583-й пробы добавить чистого (999,9-й пробы) золота в пределах 0,048 – 0,120 г.

В связи с тем, что мы не знаем точно какой пробы – 583-й или 580-й данное изделие (лом), считаем, что оно имеет 580-ю пробу, и добавляем к 10 г. 0,120 г. чистого золота. При этом полученный слиток будет иметь пробу не ниже 585-й.

Однако основным способом получения сплавов золота является использование лигатур. В настоящее время в торгующих ювелирным оборудованием и материалами организациях представлено достаточное количество различных лигатур, например, 414R MAGIC (для красного золота 585-й пробы), WG2014-2 MAGIC (для белого золота 585-й пробы) и др. При использовании лигатур не требуется специальных расчетов шихты на угар. Если же ювелиру требуется самому составить шихту из различных химических элементов, то необходим специальный расчет на угар.

При плавке сплавов золота бывают различные потери. При плавке электролитически чистых металлов потери незначительные. При плавке легированных сплавов получаются значительные потери – особенно, если в качестве примесей используются легкоплавкие металлы – цинк или кадмий.

В табл. 2.1 приведены потери, наблюдающиеся при плавке некоторых металлов.

Таблица 2.1. Угар элементов при плавке (%)

Аu

Аg

Сu

Ni

Zn

0,1 – 0,2

0,2 – 0,5

0,5 – 1,5

0,3 – 0,8

2 – 10


Расчет шихты с учетом угара при плавке проводят по формуле

,

(2.9)

где Xm – расчетное содержание элементов шихты в граммах; N – масса готового сплава в граммах; Xc – процентное содержание элемента в готовом сплаве; – процент угара при плавке шихты.

Пусть, нам нужно получить 50 г. сплава следующего состава: Au – 58,3%, Ag – 32,5%, Си – 8,9% и Zn – 2%. Пользуясь формулой (8.9), получим









Золотые сплавы, используемые при изготовлении художественных, в том числе ювелирных, изделий, могут содержать в своем составе серебро, медь, платину, палладий, никель и т.д. От различного содержания элементов в сплаве он изменяет свой цвет, механические и технологические свойства. В основном в практике используются золото-серебряные, золото-серебряно-медные и золото-медные сплавы, которые соответственно маркируются: ЗлСр, ЗлСрМ, ЗлМ.

Еще одной технологической задачей при проектировании процесса литья является определение температуры заливки сплава Тз в опоку, определяемая по формуле

,

(2.10)

где Тп – температура плавления сплава, определяемая по справочным таблицам.

Пусть нам необходимо определить температуру заливки сплава ЗлСрМ 583-200. По справочным таблицам для указанного сплава находим Тп = 847°С, тогда

.

^ 5. Методика и последовательность выполнения работы

В начале выполнения практической части работы необходимо получить задание на конструирование модели отливки художественного изделия; по индивидуальному заданию надо провести расчет шихты, угар сплава при плавке шихты и температуру заливки металла в форму и приготовить навеску шихты.

По результатам проведенной работы необходимо выбрать технологическое оборудование и оснастку, заполнить ведомость оборудования, инструментов и приспособлений; подготовить их к работе: проверить функционирование ручной центробежной машины фирмы «Kerr»; прогреть литейную форму до необходимой температуры в программируемой муфельной печи ЭКПС V – 10А.

Затем слушатели должны провести плавку шихты в тигле при помощи бензинового паяльного аппарата в соответствующем температурном режиме. Установить прогретую литейную форму на литьевую машину и произвести заливку расплавленного металла в форму. По окончании операции охладить литейную форму вначале на воздухе, а затем в воде; очистить отливку от остатков формовочной смеси, отрезать литниковую систему; визуально оценить качество отливки художественного изделия.





оставить комментарий
страница6/8
Дата23.01.2012
Размер1,39 Mb.
ТипУчебно-методический комплекс, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5   6   7   8
средне
  1
хорошо
  1
отлично
  2
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2014
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх