Для расчета объема отливки, разобьем ее на несколько частей цилиндрической формы. Затем по формуле Vц =pR2h найдем объем каждой цилиндрической части и сложим все полученные объемы: Vотл = Vа+Vв+Vс = ((V1 –V2)+ (V3 –V4) + (V5 –V6)) =((pR21h1 – pR22h2)+ (pR23h3 – pR24h4)+ (pR25h5 – pR26h6)) =((3,14×0,14352×0,0905 – 3,14×0,1252×0,0905)+(3,14×0,1252×0,026 – 3,14×0,09752×0,026)+(3,14×0,09752×0,052–3,14×0,0682×0,052))=0,0014+0,0005 +0,00079 = 0,00269 (м3); Q = 0,00269×7300 = 19,64 (кг).
Применяемые в литейных цехах опоки изготавливают из стали, чугуна, алюминиевых сплавов и в некоторых случаях в условиях индивидуального производства из древесины.
Прежде чем выбрать размеры опок, следует определить место расположения литниковой системы и по таблице принять расстояния между элементами модели, литниковой системы и стенками опок. Полученные размеры опок округляют и из таблицы 4.9 выбирают внутренние размеры опок l=450мм; b=450мм; h=250мм, где l;b;h – длина, ширина и высота [14].
Литниковая система – это система каналов, предназначенная для подвода расплавленного металла и полость литейной формы и питания отливки при затвердевании.
Основными элементам и литниковой системы являются литниковая чаша или воронка, стояк, шлакоуловитель, питатель, выпор.
Литниковая чаша предназначена для приема жидкого металла из ковша и удержания шлака, попавшего вместе с металлом в чашу. Стенки чаши выполняются под углом 45º, а дно перед входом в стояк имеет возвышение (порожек).
Литниковая воронка представляет собой расширение верхней части стояка и предназначена для приема жидкого металла.
Литниковый стояк – вертикальный канал для подачи жидкого металла из чаши к другим элементам системы. Стояк выполняют в верхней полуформе с конусностью до 5º.
Шлакоуловитель служит для распределения металла из стояка по питателям и улавливания шлаков, движущихся вместе с жидким металлом. Он имеет трапецеидальную форму и расположен в верхней полуформе. Питатель – это литниковый канал предназначен для подвода жидкого металла в полость формы. Питатель выполняют по разъему в нижней полуформе.
Выпор предназначен для выхода газов из полости формы, питания отливки при затвердевании и облегчения контроля заполнения формы. Количество выпоров зависит от размеров и конфигурации отливки, а устанавливают их в самых высоких точках верхней полуформы. Выпор имеет конусность до 5º с сечением у основания ½ – ¼ сечения стенки отливки.
Припыль является добавочной частью отливки, служащей для ее питания в процессе затвердевания и для предотвращения появления в отливке усадочных раковин. Остальные функции припыли те же, что и выпора.
Литниковая система оказывает существенное влияние на качество отливки и расход металла.
Вначале рассчитывается наиболее узкое сечение литниковой системы. Для сужающей системы, наиболее часто используемой при литье в песчаные формы, узким сечением является питатель, суммарная площадь которого определяется по эмпирической формуле: 
SFmin = , мм2;где t - продолжительность заливки, с; m - коэффициент расхода металла: для чугунного литья 0,27 – 0,55; g – ускорение свободного падения, м/c2 (g=9,83 м/c2); Hр – расчетный напор, м.
Так как продолжительность заливки и расчетный статический напор нам известны, то найдем сначала две величины: продолжительность заливки формы t, с для отливки массой до 450 кг определяют по формуле: t= кÖQ , с где к – коэффициент, учитывающий толщину стенки отливки S, мм:t = 2,2Ö19,64 =9,7 (с).
Расчетный напор зависит от размеров отливки, верхней опоки расположения питателей и должен быть минимальным, но достаточным для предупреждения брака отливок по недоливу:
Нр =(Нст – hb/2ho)×103,м;
где Нст – максимальный напор, мм (высота верхней опоки);
hb – высота над уровнем питателей, мм;
ho – полная высота отливки, мм.
Нр =(119,3 – 59,3/2×91,4)×0,001 =0,118 (м).
Теперь находим суммарную площадь питателя: SFmin = 19,64×106/7,3×103×9,7∙ 0,4Ö2×9,83×0,118 = 455,95 (мм2).
Площадь каждого питателя равна:
Fпит = SFmin/2; Fпит =455,95/2 =227,975 (мм3).
Площади остальных элементов литниковой системы определяются из следующих соотношений для чугунных отливок: Fст: Fшл: Fпит = 1,15:1,1:1,0
Fст = Fпит×1,15; Fст = 227,975×1,15 =262,17 (мм2);
Fшл = Fпит×1,1; Fшл =227,975×1,1 =250,77 (мм2).
После размеров элементов литниковой системы необходимо выбрать их конструкции. Литниковая чаша правильной формы тормозит металл по пути в форму, успокаивает потоки, улавливает шлаки и содействует выделению газов из металла в момент заливки. Внутренние размеры чаши устанавливаются из следующих соотношений: B =3dст; h = 0,7b; l =1,6b, где l,B,h – длина, ширина и высота чаши; dст – диаметр стояка в нижней части.
Диаметр стояка определяется по формуле:dст =Ö4×Fст/p ; dст = Ö4×262,17/3,14 = 18,27 (мм).
B =3×18,27 =54,81 (мм); h =0,7×54,81 =38,367 (мм); l =1,6×54,81 = 87,696 (мм).
Сечения питателей и шлакоуловителей имеют форму равнобедренной трапеции. Определим их размеры по таблице: h =4мм; А =29мм; B =33мм [18].
2.6.3 Разработка чертежа литейной формы в разрезе
Чертеж литейной формы в разрезе показан на чертеже 2.5.
2.7 Определение массы стержня и формовочной смеси
Массу стержня определяют по формуле: Q =V1×r1,кг, где V – объем стержня, м3; r –плотность металла, кг/м3 (r =1700 кг/м3).
Для расчета объема стержня разобьем его на три части: одну цилиндрическую и две конических. Объем цилиндрической части находим по формуле Vц =pR2h, а объем конической части находим из разности объемов по формуле Vк = = ph/3 (R2 + R∙r + r2).После того как найдем объемы всех частей, сложим и получим объем стержня: Vст = Vа+Vв+Vс = (V1 +V2+Vс) = 3,14×0,02/3∙(0,1342 + + 0,134∙0,063 + 0,0632) + 3,14×0,035/3∙(0,1342 + 0,134∙0,06 + 0,062) + + 3,14×0,1342×0,052 = 0,0046 (м3);
Q = 0,0046×1700 = 7,82 (кг).
Массу формовочной смеси определяют как произведение плотности формовочной смеси на разность объемов опок и объема, занимающего отливкой, стержнем и литниковой системой: Q4 =(V3 – (V+V1+V2))×r2, кг;
где – V,V1,V2,V3 – объемы отливки стержня, литниковой системы и опок, м3;
r1 – плотность уплотненной формовочной смеси; r2 =1700 кг/м3.
Объем литниковой системы состоит из объемов питателя, шлакоуловителя, стояка, литниковой чаши и выпоров. V2 =0,00078 (м3).
Q4 =(0,05 –(0,00269+0,0046+0,00078))×1700 = 70,9 (кг).
2.8 Оценка технико-экономической эффективности
Одним из наиболее важных показателей технико–экономической эффективности технологического процесса, позволяющих оценить его совершенство, является удельный расход жидкого металла на получение отливки с учетом потерь на литниковую систему.
Удельный расход жидкого металла определяется по формуле:
К = (Q/Q+Q2)×100%;
где Q2 –масса литниковой системы, определяющая из выражения Q2 =V2×r, кг
Q2 =0,00078×7300 =5,694 (кг); К =(19,64/19,64+5,694)×100% =77,5%
Вывод: среднее значение удельного расхода чугуна в машиностроении составляет 75%. В данной работе, при расчетах удельный расход чугуна составил 77,5%, что чуть больше 75%, это показывает, что процесс достаточно эффективен [14].
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ОТЛИВОК ДЛЯ МАШИН ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА
3.1 Выбор режущего инструмента
Из анализа чертежа определено, что обрабатываемая поверхность внешняя цилиндрическая. Длина обработки поверхности 80мм. Для обработки этой поверхности выбирается проходной резец. Геометрические параметры заточки режущей части и материал режущей части выбирается в зависимости от условий резания по таблице 6,7,8. Материал режущей части - твердый сплав ВК 6. Геометрические параметры режущей части резца: g = 8º ; a =10°;l =0°; j =60…75°; j1 =5…10°.
g –главный передний угол, оказывающий большое влияние на процесс режима резания - с увеличением этого угла, уменьшается деформация срезанного слоя, снижается усилие резания и расход мощности.
a – главный задний угол, уменьшает трение между задней поверхностью инструмента и поверхностью резания заготовки, уменьшает износ инструмента, увеличение угла снижает прочность режущего лезвия.
l – угол наклона режущего лезвия влияет на направление схода стружки, с увеличением его качество обработанной поверхности ухудшается, усилие резания увеличивается.
r - радиус при вершине резца уменьшает шероховатость обработанной поверхности.
j – главный угол в плане, влияющий на чистоту обработанной поверхности и на износ инструмента.
j1 – вспомогательный угол в плане, влияющий на шероховатость поверхности – с уменьшением угла шероховатость поверхности уменьшается, одновременно увеличивается прочность вершины резца и снижается его износ.
3.2 Выбор подачи
Подача S – величина, перемещения режущей кромки резца в направлении движения подачи в единицу времени или за один оборот заготовки.