Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Учебно-методический комплекс
Специальность 151001 « Технология машиностроения»
дисциплина:
«Технологические процессы в машиностроении»
Содержание
1. Рабочая программа дисциплины
2. Модульный лекционный курс
3. Рубежное и итоговое тестирование
4. Методические указания к выполнению лабораторных работ
5. Задания к лабораторным работам
6. Вопросы к зачету и экзамену
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Технологические процессы в машиностроени» изучаются студентами групп очного вида обучения специальности 150900 (Т) на 3-ом курсе в 5-ом семестре.
Она дает студентам знания о методах создания изделий из современных материалов на современном оборудовании в заданных производственных условиях.
В ней показывается классификация, характеристика, свойства металлов и сплавов, применяемых в машиностроении, и основы металлургического производства черных и цветных металлов.
Излагаются основы технологии формообразования заготовок литьем и пластическим деформированием. Изучаются способы их производства. Дается представление об изготовлении машиностроительных профилей и об изготовление деталей из композиционных материалов.
Студенты знакомятся с физическими основами и способами получения сварных соединений на основе плавления или сдавливания соединяемых материалов и способами получения паяных соединений.
Излагаются основы технологии формообразования поверхностей деталей механической обработкой, электрофизическими и электрохимическими способами обработки. Кинематические и геометрические параметры процесса резания. Его физические основы. Показываются способы обработки поверхностей деталей машин лезвийным и абразивным инструментом, область их применения. Дается понятие о технологичности деталей.
На лабораторных работах студенты закрпепляют знания теоретического материала, полученного на лекционных занятиях, и приобретают практические навыки проведения небольших по объему экспериментальных исследований по изучаемым темам в условиях научно-исследовательских лабораторий кафедры технологии машиностроения университета.
В результате изучения дисциплины студенты должны усвоить основы технологий получения и формоизменения металлов и сплавов и неметаллических материалов.
Студенты прослушивают лекционный курс в объеме 34 часов, выполняют лабораторные работы в объеме 34 часов. По выполнению учебной программы дисциплины студенты сдают экзамен.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Владимирский государственный университет
Кафедра «Технология машиностроения»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор ВлГУ по учебной работе
_____________В.Г. Прокошев
«___» ____________2010 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине «Технологические процессы в машиностроении»
для специальности ___1509000 (бакалавр)____
Вид обучения____очный ____ (группы бак.Т)
Учебный план курса
|
Количество часов |
||||
|
Всего |
Распределение по семестрам |
|||
|
5 сем. |
||||
|
Лекции |
34 |
34 |
||
|
Лабораторные |
||||
|
Практические (семинары) |
34 |
34 |
||
|
Курсовые проекты (работы) |
||||
|
Контрольные работы, домашние задания, коллоквиумы (количество) |
3 рейтинг-контроля |
3 рейтинг-контроля |
||
|
Экзамен |
+ |
+ |
||
|
Зачет |
Итого: 68 68
Владимир 2010
|
№ раздела |
Номер темы |
Название темы |
Распределение часов (аудит) |
Курсовые проекты (работы), РГР |
Время на самост- ояте- льную работу |
|||
|
Всего |
Лекции |
Практ. занятия |
Лабор. работы |
|||||
|
1. |
Классификация и характеристика материалов, применяемых в машиностроении. |
|||||||
|
1.1 |
Введение. Предмет изучения данной дисциплины. |
0,5 |
0,5 |
1,0 |
||||
|
1.2 |
Виды материалов, применяемых в машиностроении. Классификация сталей и чугунов и их маркировка. Цветные металлы и их сплавы. |
2,0 |
2,0 |
1,0 |
||||
|
2. |
Производство черных и цветных металлов. |
|||||||
|
2.1 |
Структура металлургического производства и его продукция. Материалы для производства металлов и сплавов. |
1,0 |
||||||
|
2.2 |
Производство чугуна |
2,5 |
||||||
|
2.3 |
Производство стали. |
2,5 |
||||||
|
2.4 |
Производство цветных металлов: меди, алюминия, магния, титана. |
1,0 |
||||||
|
3. |
Способы получение заготовок |
|||||||
|
3.1 |
Общая характеристика процессов получения заготовок. Их классификация. Исходные данные для выбора способа получения заготовки. |
0,5 |
2,0 |
|||||
|
3.2 |
Литейное производство. Основы технологии формообразования отливок. Способы изготовление отливок. Технологичность конструкций литых деталей. |
2,0 |
6,0 |
2,0 |
||||
|
3.3 |
Изготовление поковок машиностроительных деталей. Виды поковок. Основы технологии формообразования поковок. Способы изготовления поковок. Технологичность конструкций поковок |
2,0 |
6,0 |
2,0 |
||||
|
4. |
Сварочные технологические процессы. |
|||||||
|
4.1 |
Физико-химические основы свариваемости. Дуговая сварка плавлением. |
2,0 |
||||||
|
4.2 |
Сварка давлением. Лазерная сварка. |
2,5 |
||||||
|
4.3 |
Пайка металлов и сплавов. Сущность процесса. Способы пайки. |
2,0 |
||||||
|
5. |
Изготовление деталей из композиционных материалов. |
|||||||
|
5.1 |
Физико-технологические основы получения композиционных материалов. |
0,5 |
||||||
|
5.2 |
Изготовление изделий из металлических, порошковых, полимерных композиционных материалов. |
1,5 |
||||||
|
5.3 |
Изготовление резиновых технических деталей. |
0,5 |
||||||
|
6. |
Механическая обработка заготовок деталей машин. |
|||||||
|
6.1 |
Основы технологии формообразования поверхностей деталей механической обработкой. |
0,5 |
||||||
|
6.2 |
Способы обработки деталей со снятием стружки на металлорежущих станках. |
7,0 |
||||||
|
6.3 |
Способы обработки деталей без снятия стружки. |
2,0 |
||||||
|
6.4 |
Электрофизические и электрохимические способы обработки. |
1,0 |
||||||
|
6.5 |
Понятие технологичности конструкции детали. |
0,5 |
||||||
|
ИТОГО |
68 |
34 |
17 |
17 |
II. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ.
Изучение студентами дисциплины «Технологические процессы в машиностроении» складывается из систематической проработки материала в течение семестра по лекциям, литературе и ответе на тестовые вопросы по изученному материалу в соответствии с графиком работы.
Контроль знаний студентов осуществляется на экзамене, текущий контроль – на лабораторных занятиях и на рейтинг-контроле по результатам выполнения тестовых заданий.
Рубежная аттестация выполняется три раза за семестр до 25 числа каждого месяца. В конце семестра студент проходит через итоговую аттестацию по усвоению материала дисциплины.
III. МОДУЛЬНЫЙ ЛЕКЦИОННЫЙ КУРС
Литература.
а) основная литература
1. Технология конструкционных материалов: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / А.М. Дальский и др., Под ред. А.М. Дальского.- 5-е изд., исправленное. - М.: Машиностроение, 2004.- 512 с.
б) дополнительная литература
2. Алаи С.И., Григорьев П.М., Ростовцев А.Н. Технология конструкционных материалов. - М.: Просвещение, 2001. –303 с.
3. Технология машиностроения. Выбор заготовок машиностроительных деталей: Учеб. пособие / Э.И. Комарова, А.В. Белевич: Владим. гос. техн. ун-т. Владимир, 1995.- 76 с.
Модуль 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В МАШИНОСТРОЕНИИ
1.1. Введение. Предмет изучения данной дисциплины
.
Содержание предмета, его место в блоке технологических дисциплин, связь с другими дисциплинами. Место дисциплины в подготовке бакалавров техники и технологии, объектами профессиональной деятельности которых являются технологические процессы изготовления машиностроительных изделий, их автоматизация, разработка и эксплуатация технологического оборудования машиностроительных производств, его автоматизация. Уровень развития технологических процессов - показатель уровня развития государства.
1.2. Виды материалов, применяемых в машиностроении.
Требования к свойствам материалов, применяемых в современных конструкциях: высокие прочностные характеристики; повышенная коррозийная стойкость, жаропрочность, теплопроводность и электропроводимость, тугоплавкость, а также способность сохранять эти свойства в условиях длительной работы под нагрузками.
Технически чистые металлы содержат 99,9% основного металла и характеризуются низкими прочностными свойствами, поэтому в машиностроении применяют главным образом их сплавы.
Под сплавом подразумевается вещество, полученное сплавлением двух или более элементов. Сплавы на основе железа в зависимости от содержания в них углерода называют сталями или чугунами; на основе алюминия, магния, титана и бериллия, имеющих малую плотность, - легкими цветными сплавами; на основе меди, свинца, олова и др. – тяжелыми цветными сплавами; на основе цинка, кадмия, олова, свинца, висмута и др. металлов, в связи с невысокой температурой их плавления – легкоплавкими цветными сплавами; на основе молибдена, ниобия, циркония, вольфрама, ванадия и др. – тугоплавкими цветными сплавами
Классификация сталей их маркировка.
Стали классифицируются по назначению, химическому составу и качеству.
По назначению стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали и сплавы с особыми свойствами: жаропрочные, кислостойкие, износостойкие, магнитные и др.
По химическому составу конструкционные стали делят на углеродистые и легированные.
Углеродистые стали могут быть низкоуглеродистые:, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые. Низкоуглеродистые стали содержат 0,09…0,25% углерода. Среднеуглеродистые - 0,25…0,45%. Высокоуглеродистые - 0,45…0,75% углерода.
Легированные стали условно подразделяются на низколегированные с содержанием легирующих элементов до 2,5%, среднелигированные – от 2,5 до 10% и высоколегированные – более 10%.
По качеству различают: стали общего (обыкновенного) назначения, качественные, высококачественные и особовысококачественные.
Под к а ч е с т в о м стали понимают однородность ее химического состава, строения и свойств.
Качество стали, зависит от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей: серы (красноломкость) и фосфора (хладоломкость). На качество стали оказывает влияние характер ее раскисления (процесс удаления из жидкого металла кислорода) и затвердевания. По характеру раскисления и затвердения стали классифицируют на спокойные (содержат мало кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделения), полуспокойные и кипящие. Последние имеют повышенное содержание газообразных примесей. К маркировке стали добавляется индекс «кп».
Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-88) обозначаются индексом «Ст» и порядковым номером (Ст1, Ст2, Ст3кп, Ст5. Качественные стали (ГОСТ 1050-88) маркируются словом «сталь» и цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях % (сталь 10, сталь 15, сталь 80). Стали высококачественные и стали особовысококачественные маркируются также, как качественные. У особовысококачественной стали в маркировке указывается способ выплавки и последующей ее механической обработки. Стали этих групп выпускаются только спокойными.
Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-99) с содержанием углерода более 0,7% имеют в обозначении букву «У» и цифру, указывающую на содержание углерода в десятых долях процента: У7, У8,…, У13.
В основу маркировки легированных сталей положена буквенно-цифровая система (ГОСТ 4543-71). Количество углерода указывается в сотых долях % цифрой, стоящей в начале обозначения. Количество легирующего элемента указывается в % целой цифрой, стоящей после соответствующего индекса. Отсутствие цифры после индекса элемента указывает, что его содержание меньше 1,5%.
Высококачественные стали имеют в обозначении букву А, а особо-высококачественные – букву Ш, проставляемую в конце
В легированных инструментальных сталях цифра в начале указывает среднее значение углерода (С) в десятых долях, если его содержание мен ьше 1%, а если равно или больше 1% цифру не ставят.
В маркировке стали иногда ставят буквы, указывающие на их применение: А – автоматные, Р - быстрорежущие, Ш - шарикоподшипниковые, Э - электротехнические.
Классификация чугунов и их маркировка.
Чугунами называют железо-углеродистые сплавы, в которых углерода более 2,14% и затвердевающие с образованием эвтектики.
Благодаря сочетанию высоких литейных свойств, достаточной прочности, износостойкости, относительной дешевизне чугуны получили широкое распространение в машиностроении.
В зависимости от того в какой форме присутствует углерод в сплавах различают чугуны: белые, серые, высокопрочные, чугуны с вермикулярным графитом (особый сплав магния и железа), ковкие чугуны.
Белыми называют чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Из-за большого количества цементита они твердые, хрупкие, и для изготовления деталей машин не используются.
В промышленности широко применяются серые, высокопрчные и ковкие чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в виде графита.
Серыми называют чугуны с пластинчатой формой графита. По химическому составу их разделяют на обычные и легированные. Обозначают индексами СЧ20, СЧ25, СЧ30. Цифра в обозначении указывает на предел прочности чугуна при растяжении в 0,1Мпа.
Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Такие чугуны получают модифицированием магнием, который вводят в жидкий чугун в количестве 0,02…0,08% или магнием и никелем. Марка высокопрочного чугуна состоит из букв ВЧ и числа, обозначающего уменьшенное в 10 раз значение его временного сопротивления.
У чугунов с вермикулярным графитом структура формируется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (около 40%) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок – форму. Чугуны с вермикулярным графитом производят 4-х марок ЧВК-30, ЧВК-35, ЧВК-40, ЧВК-45. Число в марке обоначает уменьшенное в 10 раз значения временного сопротивления.
Ковким называются чугуны, в которых графит имеет хлопковидную форму. Такой графит по сравнению с пластинчатым меньше снижает механические свойства металлической основы, вследствиие чего ковкие чугуны по сравнению с серыми обладают более высокими прочностью и пластичностью. Ковкие чугуны обозначаются индексом и последующими цифрами, первая из которых характеризует прочность, а вторая – пластичность: КЧ-30-6, КЧ-45-7 и т.д.
Цветные металлы и их сплавы
.
Алюминий – легкий плотный металл, обладает высокими теплопроводностью и электропроводимостью, стоек к коррозии. Температура плавления 658°С.
Алюминиевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные. И те и другие могут быть неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой.
Литейные алюминиевые сплавы (ГОСТ 1583-93), обладают хорошими литейными технологическими свойствами.
Их делят на группы:
Часто отливки из алюминиевых литейных сплавов подвергают термической обработке для повышения прочности, пластичности, снижения остаточных напряжений.
Деформируемые алюминиевые сплавы (ГОСТ 4784-97) легко поддаются обработке давлением, резко повышающей их прочность. Хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой, штамповкой. К деформируемым алюминиевым сплавам, неупрочняемым термической обработкой, относятся сплавы АМц и сплавы АМg. Эти сплавы обладают высокой пластичностью и невысокой прочностью. Их используют для получения листов, труб, прутков и других полуфабрикатов применяемых в сварных конструкциях.
К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы дуралюмины и ковочные сплавы, а также высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного химического состава. Дуралюмины после термической обработки приобретают высокую прочность и пластичность. Ковочные сплавы хорошо деформируются в нагретом состоянии, и после термообработки обладают высокой прочностью. Из деформируемых алюминиевых сплавов изготавливают листы, профили, прутки, поковки и штамповки.
Медь – тяжелый плотный цветной металл. Он обладает: высокой пластичностью, коррозийной стойкостью, малым удельным электросопротивлением, высокой теплопроводностью. Температура плавления 1083°С. Медь широко используют для изготовления электропроводов, деталей электрических машин и приборов, в химическом машиностроении.
Медь по чистоте подразделяют на марки: М0 (99,7% Cu), М1 (99,9% Cu), М2 (99,7% Cu), М3 (99,5% Cu), М4 (99% Cu).
Медные сплавы разделяют на бронзы и латуни.
Бронзы (ГОСТ 493-79, 613-79) – это сплавы меди c оловом (4…33% Sn), свинцом (30% Pu), алюминием (5…11% Al), кремнием (4…5% Si), сурьмой (Sb) и фосфором (P).
Латуни (ГОСТ 17711-93, 15527-70) - это сплавы меди с цинком (до 50% Zn) и небольшими добавками алюминия, кремния, никеля, марганца.
Медные сплавы обозначают начальными буквами их названия Бр - бронза и Л – латунь, после чего следуют буквы основных названий элементов, образуюих сплав, и цифры, указывающие количество легирующего элемента в %-ах.
Бронзы и латуни разделяют на литейные и деформируемые.
Литейные отличаются от деформируемых тем, что в их состав входят добавки, улучшающие литейные свойства сплава: повышающие жидкотекучесть, уменьшающие усадку. Однако эти добавки снижают пластичность литейных бронз и латуней по сравнению с деформируемыми.
Титан – тугоплавкий металл (температура плавления (1665±5)°С. Обладает высокой коррозийной стойкостью.
Удельная прочность титана выше, чем многих легированных конструкционных сталей. Поэтому при замене сталей титановыми сплавами можно уменьшить массу детали на 40%. Однако титан имеет низкую жаростойкость. При температурах выше 500…600° С легко окисляется и поглощает водород.
Титан хорошо обрабатывается давлением, хорошо сваривается. Из него изготавливают сложные отливки, но обработка его резанием затруднена.
Для получения сплавов с заданными свойствами титан легируют алюминием, молибденом и др. (ГОСТ 19807-91). Наибольшее применение нашли сплавы легированные алюминием. Из этого сплава получают как поковки, так и отливки.
Для получения требуемых механических свойств титановые сплавы подвергают термической обработке (отжигу, закалке и старению) в печах с закрытой атмосферой.
Титан и его сплавы используют для изготовления деталей самолетов, в химическом машиностроении, судостроении и др. областях машиностроения.
Модуль 2. ПРОИЗВОДСТВО ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
2.1. Структура металлургического производства и его продукци.
Материалы для производства металлов и сплавов.
Металлургическое производство – это отрасль промышленности, охватывающая различные процессы получения металлов из руд, а так же процессы, способствующие улучшению свойств металлов и сплавов.
Оно включает: шахты и карьеры по добыче руд и каменного угля; горно-обогатительные комбинаты, где обогащают руды для подготовке их к плавке; коксохимические заводы, где осуществляют подготовку углей, их коксование и др. процессы; энергетические цехи для получения сжатого воздуха (для дутья доменных печей), кислорода, очистки металлургических газов; доменные цехи для выплавки чугуна; сталеплавильные цехи для производства стали, прокатные цехи, в которых слитки стали перерабатывают в сортовой прокат – рельсы, балки, прутки, полосу, лист.
Основная продукция черной металлургии: чугуны – передельный, используемый для передела на сталь и литейный для производства фасонных чугунный отливок на машиностроительных заводах; железорудные металлизованные окатыши для выплавки стали; ферросплавы (сплавы железа с легирующими элементами) для выплавки лигированных сталей; стальные слитки для производства стального проката, листа, труб и т.д., стальные слитки для изготовления крупных кованных деталей, называемые кузнечными слитками.
Продукция цветной металлургии: слитки цветных металлов для производства сортового проката (уголка, полосы, прутков); слитки (чушки) цветных металлов для изготовления отливок на машиностроительных заводах, лигатуры – сплавы цветных металлов с легирующими элементами, необходимыми для производства сложных легированных сплавов для отливок; слитки чистых и особо чистых металлов для приборостроения, электронной техники и других отраслей машиностроения.
Материалы для производства металлов и сплавов
Для производства металлов и сплавов как черных, так и цветных необходимы: руда (природное минеральное образование); флюсы (материалы для образования шлаков); топливо и огнеупорные материалы.
Промышленная руда – это природное минеральное образование, содержащее какой-либо металл или несколько металлов в концентрациях, при которых экономически целесообразно его извлечение. Она состоит из рудного материала и пустой породы.
Рудный материал, может содержать один рудный металл или несколько ценных металлов. В последнем случае их называют комплексными или полиметаллическими рудами.
Пустая порода - минералы, которые отделяются от рудных минералов при обогащении (горно-обогатительные комбинаты) или их переводят в шлаки при плавке.
Обогащенные руды, из них удалена часть пустой породы, называют концентрат. Использование концентрата, имеющего повышенное содержание добываемого металла, повышает технико-экономические показатели работы металлургических печей.
Флюсы – это материалы, загружаемые в плавильную печь для образования шлаков.
Шлак – это легкоплавкие соединения флюсовых материалов с пустой породой руды или концентратов и золой топлива. Обычно шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому он располагается в печи над металлом и может быть удален в процессе плавки. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха.
Топливо – это горючие вещества, основной составной частью которых является углерод. Топливо используют для получения при его сжигании тепловой энергии, необхлдимой для плавки металлов. В металлургических печах в качестве топлива используют: кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) газ.Он является побочным продуктом доменного производства.
Шихта - это металлозавалка в металлоплавильную печь для выплавки литейных сплавов. Она представляет собой смесь руды, металлолома и топлива в заданном массовом соотношении.
Выплавка металлов сопровождается очень высокими температурами. Оборудование, задействованное в этом процессе, защищается от нее внутренним облицовочным слоем из огнеупорного материала.
2.2. Производство чугуна
Материалы, применяемые в доменном производстве: руда,содержащая железо; топливо и флюсы.
В качестве топлива используют кокс. В целях экономии часть кокса заменяют природным газом, мазутом, пылевидным топливом.
Флюсом при выплавки чугуна в доменных печах является известняк.
Для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна – руда проходит подготовку к доменной плавке. Цель подготовки – увеличение содержания железа в шихте и уменьшение в ней вредных примесей (серы, фосфора), повышение ее однородности по кусковатости и химическому составу. Подготовка руды включает в себя: дробление и сортировку руды, ее обогащение и окускование.
Дробление и сортировка руд служит для получения кусков оптимальной для плавки величины. Выполняется на специальных дробилках, мельницах и др. агрегатах.
Размельченную руду сортируют по крупности грохочением подобном просеиванию.
Обогащение руды основано на различных физических свойствах минералов, входящих в ее состав, таких как плотность ее составляющих, магнитные и физико-химические свойствах минералов. Для обогащения руды используют ее промывку, гравитацию и магнитную сепарацию.
Окусковывание производят для переработки концентратов, полученных после обогащения, в кусковые материалы, необходимых размеров. Применяют два способа окусковывания: агломерацию и окатывание. Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса-известняка в доменную печь при плавке, так как флюс в необходимом количестве входит в их состав.
Чугун выплавляют в печах шахтного типа - доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, твердым углеродом и водородом, выделяющимся при сгорании топлива в печи.
Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный внутри огнеупорным шамотным кирпичем. Рабочее пространства вкючает колошник, шахту, распар, заплечики, горн, лещадь. В верхней части колошника находится загрузочное устройство, через которое в печь засыпают шихту.
Физико-химические процессы доменной плавки, протекающие в доменной печи, условно разделяют на: горение топлива; разложение компонентов шихты; восстановление железа; науглераживание железа; восстановление марганца, кремния, фосфора, серы; шлакообразование.
Чугун – основной продукт доменной плавки. В доменных печах получают чугун различного химического состава в зависимости от его назначения. Передельный чугун выплавляют для передела его в сталь. Литейный чугун используют на машиностроительных заводах при производстве фасонных отливок. Ферросплавы доменные – сплавы железа с кремнием, марганцем и другими элементами, применяют для раскисления и легирования стали. Побочные продукты доменной плавки – шлак и доменный газ. Из шлака изготавливают шлаковату, цемент, шлакоситаллы. Доменный газ после очистки используют как топлево для нагрева воздуха, вдуваемого в домну.
2.3. Производство стали
Сталь является основным видом металла, применяемым для создания машин, так как она обладает высокими прочностью и износостойкостью; хорошо сохраняет приданную форму в изделиях; сравнительно легко поддается различным видам обработки; кроме того, основной компонент стали – железо – является широко распространенным элементом в земной коре.
Содержание углерода и примесей в стали должо быть значительно ниже, чем в чугуне.
Сущностью любого металлургического передела чугуна в сталь является снижение содержания углерода и примесей путем их изберательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.
Основным материалом для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап).
В процессе плавки стали происходит взаимодействие между металлической шлаковой и газовой фазами исходных материалов и футеровкой плавильного агрегата, которые имеют различное агрегатноое состояние и разный химический состав. В результате этого взаимодействия осуществляется переход химических элементов из одной фазы в другую. Убирая шлак с поверхности металла и наводя новый путем подачи флюса требуемого состава можно удалять вредные примеси (фосфор и серу) из металла. Регулирование состава шлака с помощью флюсов, является одним из основных путей управления металлургическими процессами.
Сталь производят в различных по принципу действия металлургических агрегатах: мартеновских печах; кислородных конвертерах; в электрических дуговых и индукционных печах и др.
Мартеновская печь имеет форму ванны, закрытой крышкой. Футеровка печи может быть основной (магнезитовый кирпич) или кислой (динасовый кирпич). В передней стенке имеются загрузочные окна для подачи шихты и флюса. В задней стенке внизу - отверстие для выпуска готовой стали. По бокам мартеновчкой ванны имеются головки, которые служат для смешивания топлива (мазута или газа) с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство. Внутри мартеновской печи на выходе из голвки образуется факел, направленный на шихту. Факел имеет температуру 1750…1800°С и нагревает рабочее пространство печи и шихту. После расплавления шихты, окисления значительной части примеси и разогрева металла проходят период «кипения» ванны: в печь загруждают железную руду и продувают ванну подаваемым по трубам кислородом.
Окисление кислорода в достаточно прогретой ванне вызывает вспенивание шлака, который выпускают самотеком через шлаковое отверстие или порог завалочного окна.
В период «кипения» углерод интенсивно окисляется. В процессе «кипения» металл доводится до заданного химического состава, его температура выравнивается по объему ванны, из него удаляются газы и неметаллические включения. Процесс «кипения» считают оконченным, если содержание углерода в металле соответствует заданному, а содержание фосфора минимально.
При плавке в мартеновских печах в зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают разновидности процесса:
- скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25…45% чушкового передельного чугуна; процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но расположенных в промышленных центрах, где много металлолома;
- скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75%), скрапа и железной руды; процесс применяют на металлургических завадах, имеющих доменные печи.
Наибольшее количество стали производят скрап-рудным процессом в мартеновских печах с основной футировкой, что позволяет переделывать в сталь различные шихтовые материалы.
Кислородно-конвертерный процесс – это выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футировкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму. Кислородный конвертер – это сосуд грушевидной формы. Конвертер имеет опорный пояс с цапфами, расположенных в подшипниках опор. Для поворота конвертера предусмотрен механизм привода, при помощи которого конвертер может поворачиваться в обе стороны на любой угол. Перед плавкой конвертер наклоняют. Через горловину с помощью завалочных машин загружают скрап и заливают жидкий чугун при температуре 1250…1400°С. После этого конвертер поворачивают в вертикальное рабочее положение. Внуть его вводят водоохлаждаемую фурму и через нее подают кислород под давлением 0,9…1,4 МПа. Одновременно с началом продувки в конвертер загружают известь, боксит, железную руду. Струи кислорода проникают в металл, вызывают его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. В зоне контакта кислородной струи с чугуном в первую очередь окисляется железо, так как его концентрация во много раз выше, чем примесей. Образующийся оксид железа растворяется в металле и шлаке, обогощая металл кислородом. Кислород, растворенный в металле, окисляет кремний, марганец, углерод в металле и содержание его понижается. Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углегода в металле соответствует заданному.После этого конвертер поворачивают в вертикальное положение и выпускают сталь в ковш.
2.4. Производство цветных металлов: меди, алюминия, магния, титана.
Производство меди
Для производства меди применяют медные руды, содержащие 1...6% Cu.
Перед плавкой руды обогащают и получают концентрат. Для уменьшения содержание серы в концентрате его под вергают окислительному отжигу при t = 750…800°С. Полученный концентрат переплавляют в печи при t = 1250… 1300°С. В результате сульфиды меди и железа сплавляются и образуют штейн с образованием шлака. Затем расплавленный медный штейн заливают в конвертеры и продувают воздухом (конвертируют) для окисления сульфидов меди и железа и получения черной меди. Черная медь содержит 98,4..99,4% Сu и небольшое количество примесей. Эту медь разливают в изложницы. Черную медь рафинируют для удаления вредных примесей и газов.
Рафинирование черной меди выполняют в два этапа. Сначала выполняют огневое рафинирование в отражательных печах. Окисление примесей выполняется кислородом воздуха, подаваемого по стальным трубкам, погруженным в расплавленную черную медь. Затем удаляют газы, для чего снимают шлак и погружают в медь сырое дерево. Пары воды перемешивают медь и способствуют удалению газов. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99…99,5%. Из нее отливают чушки для выплавки меди (бронзы и латуни) или плиты для электролитического рафинирования.
Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой от примесей меди (99,5% Cu). Электролиз ведут в ваннах, покрытых изнутри винопластом или свинцом. Аноды делают из меди огневого рафинирования, а катоды – из чистой меди. При пропускании постоянного тока анод растворяется, медь переходит в раствор, а на катодах разряжаются ионы меди. Примеси (мышьяк, сурьма, висмут и др.) осаждаются на дно. Их удаляют и перерабатывают для извлечения этих металлов. Катоды выгружают, промывают и переплавляют в электропечах.
Производство алюминия
Основным способом производства алюминия в настоящее время является электролитический.
Производство алюминия включает в себя: получение безводного свободного от примесей оксида алюминия (глинозема); получение криолита из плавикового шпата (минерал – флюорит); электролиз глинозема в расплавленном криолите.
Основным сырьем для производства алюминия являются алюминиевые руды: бокситы, нефелины, алуниты, каолины. Наибольшее значение имеют бокситы.
Глинозем из боксидов получают обработкой их щелочью. Полученный в результате алюминат натрия (NaAlO2) подвергают гидролизу. В результате в осадок выпадают кристалы гидроксида алюминия Al(HO)3. Его обезвоживают во вращающихся печах при температуре 1150…1200°С и получают обезвожиный глинозем Al2O3.
Для производства криолита сначала из плавикового шпата получают втористый водород, а затем плавиковую кислоту. В раствор плавиковой кислоты вводят гидроксид алюминия Al(HO)3. В результате образуется фтороалюминиевая кислота, которую нейтрализуют содой, и получают криолит, выпадающий в осадок. Его отфильтровывают и просушивают в сушильных барабанах.
Электролиз глинозема Al2O3 проводят в электролизере, в котором имеется ванна из углеродистого материала. В ванне слоем 250…300 мм находится расплавленный алюминий, служащий катодом, и жидкий криолит. Анодное устройство состоит из угольного анода, погруженного в электролит. Постоянный ток подводится для электролиза и разогрева электролита до температуры 1000°С. Электролит состоит из криолита, глинозема, AlF3 (фтористый алюминий) и NaF (фтористый натрий). Криолит и глинозем в электролите диссоциируют (их молекулы распадаются на несколько более простых частиц – молекул, атомов, радикалов или илнов). На катоде разряжаются ионы алюминия и образуется алюминий. На аноде разряжаются ионы кислорода, которые окисляют углерод анода до углекислых газов СО (окись углерода) и СО2 (двуокись углегода, углекислый газ). Последние удаляются из ванны через вентиляционную систему.
Алюминий собирается на дне ванны под слоем электролита. Его периодически извлекают, используя специальное устройство. Для нормальной работы ванны на ее дне оставляют немного алюминия. Алюминий, полученный электролизом, называют алюминий-сырец. В нем содержатся металлические и неметалические примеси, газы.
Примеси удаляют рафинированием. Для этого через расплав алюминия продувают хлор. Образовавшийся парообразный хлористый алюминий, проходя через расплавленный метал, обволакивает частички примесей, которые всплывают на поверхность металла, где их удаляют. Хлорирование алюминия способствует также удалению Na, Ca, Mg (магния) и газов, растворенных в алюминии.
Затем жидкий алюминий выдерживают в ковше или электропечи 30…45 мин при температуре 690…730°С для всплывания неметаллических включений и выделения газов из металла. После рафинирования чистота первичного алюминия составляет 99,5…99,85%.
Производство титана
Титан получают магниетермическим способом. Его производство включает обогащение титановых руд, выплавку из них титанового шлака с последующим получением из него четыреххлористого титана и восстановление из последнего металлического титана магнием.
Сырьем для получения титана являются титаномагнетитановые руды, содержащие 40…45% TiO2. Их плавят в смеси с древесным углем и антрацитом. Оксиды железа и титана восстанавливаются. Образующееся железо науглераживается, и получается чугун. Оксиды титана переходят в шлак. Чугун и шлак расливают отдельно в изложницы. Основной продукт этого процесса – титанрвый шлак – сордержит 80…90% TiO2. побочный продукт - чугун – переплавляют в сталь.
Полученный титановый шлак подвергают хлорированию в специальных печах. В печь подабт брикеты титанового шлака, а через фурмы внутрь печи – хлор. При температуре 800…1250°С в присутствии углерода образуется четыреххлористый титан и др. хлориды. Четыреххлористый титан отделяется от остальных хлоридов благодаря различию температуры их кипения в специальныхустановках.
Титан из четыреххлористого титана восстанавливают в реакторах при температуре 950…1000°С . титановые частицы спекаются в пористую массу – губку, которая содержит 35…40% магния и хлористого магния. Для их удаления титановую губку нагревают до температуры 900…950°С в вакууме. Вакуум в печи предохраняет титан от окисления и способствует очистке его от примесей. Полученные слитки титана имеют дефекты, поэтому его вторично переплавляют, используя как расходные электроды. После этого чистота титана составляет 99,6…99,7%. Его используют для обработки давлением.
Модуль 3. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК
3.1. Общая характеристика процессов получения заготовок.
Их классификация.
Продукция металлургического производства используются как для непосредственного производства сортового проката, листа, труб и т.д., так и для изготовления из них полуфабрикатов – заготовок, которые после обработки превращаются в готовую деталь машины.
Для получения заготовок деталей используется большое количество разнообразных технологических процессов и их сочетаний. Основные из них: различные способы литья; различные способы пластической деформации металлов; резка сортового и профильного проката; сварка, пайка; комбинированные способы штамповки-сварки, литья-сварки и т.д., порошковая металлургия и др.
Исходные данные для выбора способа получения заготовки.
Выбор метода получения заготовки определяется технологической характеристикой материала детали, т.е. его литейными свойствами и способностью претерпевать пластические деформации при обработке давлением; конструктивными формами и размерами заготовки; требуемой точностью выполнения заготовки, шероховатостью и качеством ее поверхностей; программой выпуска и заданными сроками выполнения этой программы.
Чугунные отливки используют для деталей, не подвергающихся ударным нагрузкам, действию растяжения и изгиба. Из чугуна отливют станины, рамы, плиты, картеры, корпуса подшипников, шкивы, маховики, фланцы, кронштейны и т.п. Для деталей машин, работающих в тяжелых условиях и испытывающих большие напряжения, применяют стальные отливки или заготовки для них получают давлением. Цветной металл используют для производства сортового проката (уголка, полосы, прутков), для изготовления электропроводов, деталей электрических машин и приборов, деталей самолетов, в химическом машиностроении и др.
Заготовку выбирают исходя из минималь ной себестоимости готовой детали для заданного годового выпуска. Чем больше форма и размеры заготовки приближаются к форме и размерам го товой детали, тем дороже её изготовление, но тем проще и дешевле её по следующая механическая обработка и меньше расход материала. Задачу решают на основе минимизации суммарных затрат средств на изготовле ние заготовки и её последующую обработку.
3.2. Литейное производство.
Литейное производство – это отрасль машиноcтроения, технологическими процессами которой, получают литые заготовки (отливки) для деталей машин.
Характерной особенностью литейного производства является его универсальность – возможность получения самых разнообразных по массе, конфигурации, механическим и эксплуатационным свойствам фасонных заготовок (отливок) из чугуна, литейной стали, сплавов цветных металлов.
Литейное производство – один из наиболее распространенный способов формообразования заготовок. По сравнению с другими способами получения заготовок литье позволяет получить отливки практически не ограниченных габаритных размеров и массы.
Сущность литейного производства заключается в изготовлении расплавленного металла необходимого качества и заливке его в специальную литейную форму. При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит.
Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, в кокиль, под давлением, центробежное литье, по выплавляемым моделям и др. Область применения того или иного способа литья определяется: объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхностей отливок, экономической целесообразностью.
Основы технологии формообразования отливок.
При изготовлении отливок роль основного инструмента выполняет литейная форма.
Литейная форма – это система взаимосвязанных элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом, формируется отливка.
Форма обычно состоит из двух полуформ, которые взаимно ориентируют с помощью цилиндрических металлических штырей, вставляемых в отверстия приливов у опок. Полуформы изготавливают по литейным моделям в литейных опоках..
Литейная опока - приспособление для удерживания формовочной смеси при изготовлении формы.
Для образования полостей или отверстий у отливки в формы устанавливают литейные стержни, которые фиксируют с помощью выступов (стержневых знаков), входящих в соответствующие впадины в форме. Для изготовления литейных стержней используют стержневые ящики.
Для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, ее заполнения и питания отливки при затвердении используют литниковую систему.
Литниковая система – это система каналов, через которые расплавленный металл подводят в полость формы.
Литниковая система должна обеспечивать: заполнение литейной формы с необходимой скоростью; задержание шлака и других неметаллических включений; выход паров и газов из полости формы; непрерывную подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке.
Основными элементами литниковых систем являются следующие.
Литниковая чаша (воронка) предназначена для приема струи расплава, вытекающей из разливного ковша, и задержания шлака, попадающего вместе с расплавом в чашу.
Стояк – вертикальный канал, передающий расплав из литниковой чаши другим элементам литниковой системы.
Шлакоуловитель – канал, расположенный горизонтально, и, как правило, в верхней полуформе. Служит для задержания шлака и для для передачи расплава из стояка к питателям.
Питатели – каналы, предназначенные для подачи расплава непосредственно в полость формы. Обычно питатели располагают в нижней полуформе.
Выпор – служит для отвода газов из полости формы, сигнализирует об окончании заливки, уменьшает динамическое давление расплава на форму, способствует питанию отливки расплавом при затвердении.
Коллектор - распределительный канал для направления расплава к различным частям отливки. Его располагают горизонтально по разъему формы. Он всегда должен быть заполнен расплавленным металлом
После заливки расплавленного металла, его затвердевания и охлаждения форму разрушают, извле ая отливку.
Формовочная смесь – это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Она должна иметь высокую огнеупорность, достаточные прочность и газопроницаемость, пластичность, податливость и т.д.
В качестве формовочных формовочных материалов для приготовления формовочных и стержневых смесей используют формовочные кварцевые пески и литейные формовочные глины. Глины обладают связующей способностью и термической устойчивостью, что позволяет получить отливки без пригара. Кроме того, используют противопригарные добавки (каменноугольную пыль, графит), защитные присадочные материалы (борную кислоту, серный порошок) и др.
Формовычные смеси по характеру использования различают на
облицовочные, наполнительные и единые.
Облицовочная смесь – это формовочная смесь, используемая для изготовления рабочего слоя формы. Такие смеси содержат повышенное содержание песка и глины и имеют высокие физико-механические свойства.
Наполнительная смесь – это формовочная смесь, используемая для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Ее приготавливают из оборотной смеси. Она содержит меньшее количество песка и глины.
Облицовочные и наполнительные формовочные смеси используют для изготовления крупных и сложных отливок.
Единая смесь – это это формовочная смесь, применяемая одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. Их применяют при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производствах. Единые смеси изготавливают из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей вяжущей способностью.
По роду заливаемого материала различают формовычные смеси для стального, чугунного и цветного литья.
Стержневые смеси - это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных стержней. Стержни при заливке расплавленного материала испытывают значительные тепловые и механические воздействия по сравнению с формой. Поэтому стержневые смеси должны иметь более высокие огнеупорность, газапроницаемость, податливость, малую газотворную способность, легко выбиваться из отливок. Стержневые смеси изготавливают из кварцевого песка с использованием различных органических и неорганических материалов (с отверждением тепловой сушкой), синтетических смол и катализаторов (с отверждением в нагреваемой оснастке) и др.
Способы изготовление отливок.
Изготовление отливок в песчаных формах
Литье в песчаные формы – основной способ получения литых заготовок (около 50%). Он является универсальным в отношении применяемых сплавов, массы, габаритов и сложности конструктивной формы отливок. Его применяют при любом типе производства.
Процесс изготовления отливок в песчаных формах состоит из следующих этапов: изготовление моделей и стержневых ящиков; приготовление формовычных и стержневых смесей; изготовление форм и стержней; сборка формы; получение литейного сплава; заливка форм; выбивка отливок из форм; очистка и обрубка отливок.
При изготовлении отливок применяют ручную и машинную формовку. Машинная формовка обеспечивает большую точность отливок и более высокую производительность труда.
Ручная формовка применяется для получения одной или нескольких отликок в условиях опытного или ремонтного производств, а также при изготовлении крупных (массой 200…300 т) отливок.
Машинная формовка обеспечивает большую точность отливок и более высокую производительность труда. Ее применяют для производства отливок в массовом и серийном производствах. При формовке на машинах формы изготавливают в парных опоках с использованием односторонних металлических модельных плит. Машинная формовка механизирует: установку опок на машину, засыпку формовочной смеси в опоку, уплотнение смеси, удаление моделей из форм, транспортирование и сборку форм.
Уплотнение формовочной смеси выполняют прессованием, встряхиванием, пескометом, вакуумной формовкой и др
.
Изготовление отливок в кокилях
Кокиль - металлическая форма, внутренняя полость которой соответствует наружным очертаниям заготовки детали.
Сущность кокильного литья заключается в изготовлении отливок заливкой расплавленного металла в многократно используемые металические литейные формы – кокили, с последующим затвердением залитого металла, охлаждением отливки и извлечением ее из полости формы.
Полости в отливках формируют песчаными, полыми или металлическими стержнями.
Для удаления воздуха и газов из полости формы по плосклсти разъема кокиля выполняют вентиляционные каналы глубиной 0,3…0,5 мм.
Отливки из рабочей полости удаляют выталкивателями.
Заданный тепловой режим литья обеспечивает система подогрева и охлаждения кокиля. Отливки, изготовленные в кокилях, за счет высокой скорости охлаждения отличаются: высокими механическими свойствами (механические свойства повышаются на 15…30%), повышенной плотностью металла, равномерным мелкозернистым строением, большой точностью очертаний, низкой шероховатостью поверхности, точность размеров при литье соответствует 10-9 квалитетам шероховатость поверхности – Ra 12,5 – 6,3 мкм.
В металлических формах могут выполняться отливки массой от нескольких граммов до нескольких тонн.
Применяется данный способ получения отливок в серийном и массовом производстве.
Технологический процесс изготовления отливки в кокиле включает в себя следующие операции: подготовка кокилей, сборка кокилей, заливка жидким металлом, удаление отливки из кокиля после ее охлаждения до температуры выбивки, обрубка, очистка и при необходимости термообработка отливок.
Изготовление отливок литьем под давлением
Сущность литья под давлением: металлическая форма (пресс-форма) заполняется под давлением жидким металлом, который передается на него сжатым воздухом или поршнем.
Металлическую форму перед заливкой обычно нагревают до температуры 150…240°С; во время заливки охлаждают водой, пропускаемой по специальным каналам. После удаления отливки рабочую поверхность пресс-формы обдувают сжатым воздухом и смазывают.
Роль давления в основном сводится к своеобразному увеличению жидкотекучести заливаемых сплавов, что позволяет получать тонкостенные отливки, которые другим способом получить трудно или невозможно.
Для заполнения тонкостенной полости формы сложной кнфигурации и сваривания отдельных потоков металла время заполнения не должно превышать десятой доли секунды.
Точность размеров отливок – не ниже 10-го квалитета, а по отдельным размерам – 8-го, шероховатость – Ra 3,2…0,4 мкм.(6…9 кл)
Припуски на механическую обработку, как правило, не превышают 0,3…0,5 мм, а большая часть деталей вообще не подвергается механической обработке. Этим способом возможно получать сложнейшие детали с толщиной стенки от 0,8 до 6 мм, с литыми отверстиями до 1 мм, а также с литыми резьбовыми отверстиями, армированные отливки с деталями, полученными механической обработкой, пустотелые заготовки за счет сгораемых вкладышей (дерево, прессованная бумага).
Литья под давлением в основном получают отливки из цветных сплавов: цинковых, алюминиевых, магниевых и латуни с массой до 100 кг. Труднее, но вполне возможно, получать этим способом детали из стали и чугуна.
Не отливают под давлением детали из бранзы. Высокая стоимость оборудования и форм ограничивает применение этого способа серийным и массовым производством в точном приборостроении, автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности.
Достоинства этого способа: возможность максимально приблизить очертания отливки к конфигурации готовой детали с высокой точностью и низкой шероховатостью поверхностей; процессы литья под давлением на машинах сравнительно легко механизируются и автоматизируются и по производительности могут превосходить не только все методы литья, но и холодную штамповку; металл заготовки приобретает мелкозернистую структуру и повышенную прочность (на 25…45% выше по сравнению с литьем в песчаные формы).
Недостатки: литьем под давлением трудно получить отливку без воздушной и газовой пористости.
Изготовление отливок центробежным литьем
При центробежном литье сплав заливают во вращающуюся форму. Формирование отливки происходит под лействием центробежных сил, что обеспечивает высокую плотность и механические свойства отливок.
Центробежным литьем отливки изготавливают на центробежных машинах с горизонтальной или вертикальной осью вращения.
Металлические формы изложницы изготавливают из чугуна или стали. Толщина изложницы обычно в 1,5…2 раза больше толщины отливки. В процессе литья изложницы охлаждаются водой или воздухом. На рабочую поверхность изложницы наносят теплозащитные покрытия для увеличения срока ее службы. Перед работой изложницы нагревают до температуры 200°С. Частота вращения изложницы при центробежном литье составляет 150…1200 об/мин.
Преимущества центробежного литья – получение внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней; большая экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы; возможность получения двухслойных заготовок, что достигается поочередной заливкой в форму различных сплавов (сталь и чугун, чугун и бронза и т.д.).
Недостатки: невозможно получить отверстия точного размера в отливке; чугунные отливки получаются с отбелом, вследствие чего отливки необходимо отжигать; значительная ликвация (разделение) сплавов, так как при вращении они разделяются на тяжелые и легкие компоненты, что увеличивается неоднородность по химическому составу и расслой металла.
Изготовление отливок литьем в оболочковые формы
Сущность литья в оболочковые формы заключается в изготовлении отливок путем заливки расплавленного металла в разовую разъемную, выполненную из сухих тонкостенных оболочек толщиной 5…20 мм, литейную форму, изготовленную из песчано-смоляной смеси с термореактивным связующим (бакелит) по металлической модельной оснастке, с последующим затвердеванием залитого расплава, охлаждением отливки в форме и выбивкой ее из формы.
Литьем в оболочковые формы изготавливают преимущественно сложные тонкостенные отливки из черных и цветных сплавов массой до 25…30 кг. Размеры отливок получают в пределах 11…8 квалитетов точности. Стальные отливки имеют шероховатость Ra 12,5…6,3 мкм, отливки из серого чугуна и латуни – 6,3…3,2 мкм. Стальные отливки получают толщиной стенок 3…5 мм, из алюминиевых сплавов – 1…1,5 мм. В отливке возможно получение отверстий диаметром 8 мм и глубиной до 20 мм без применения стержней.
Этот способ литья применяют для серийного и массового производства.
Оболочковые формы изготавливают следующим образом: к чугунной модельной плите прикрепляются металлическая модель отливки; их нагревают до температуры 200…250° и наносят разделительный слой (обычно селиконовая эмульсия), который необходим для предотвращения прилипания смеси к плите и моделям; на резервуар с терморактивной смесью накладывают и закрепляют разогретую модельныю плиту, так, чтобы модель была обращена во внутрь резервуара; после этого резервуар поворачивают на 180°, и вся смесь падает на горячую модельную плиту и нагревается от нее; термореактивная смола плавится, склеивает песчинки и образует песчано-смоляную оболочку. Время выдержки – 10…20 с. Толщина оболочки зависит от времени выдержки и колеблется от 5 до 20 мм; резервуар, поворачивая, возвращают в исходное положение, излишки формовочной смеси ссыпаются на его дно; модельная плита с полутвердой оболочкой снимается с резервуара и нагревается в печи при температуре 300…350°С в течение 1…1,5 мин; при этом термореактивная смола переходит в твердое необратимое состояние; твердая оболочка снимается с модели специальными толкателями.
Сборка формы: готовые оболочкове полуформы склеивают быстротвердеющим клеем на специальных прессах, предварительно установив в них литейные стержни, или скрепляют скобами. Оболочковые формы изготавливают на одно- или многопозиционных автоматических машинах и автоматических линиях.
Заливка форм производится в вертикальном или горизонтальном положении.При заливке в вертикальном положении литейные формы помещают в опоки-контейнеры и засыпают кварцевым песком или металлической дробью для предохранения от преждевременного разрушения оболочки при заливки расплава.Выбивку отливок осуществляют на специальных выбивных и вибрационных установках. При очистке отливок удаляют заусенцы, зачищают на шлифовальных кругах места подвода питателей и затем их подвергают дробеструйной обработке.
Изготовление отливок литьем по выплавляемым моделям
Сущностью этого способа литья является изготовления отливок заливкой расплавленного металла в разовую неразъемную тонкостенную литейную форму, которую изготавливают по разовой модели, выполненной из легкоплавкого материала, с последующим затвердеванием залитого металла, охлаждением отливки в форме и извлечения ее из формы.
Используется для изготовления отливок из черных и цветных сплавов, находит широкое применение в массовом и серийном производствах отливок небольшого веса (в пределах килограммов) и размеров, а также в мелкосерийном производстве для изготовления отливок относительно больших размеров преимущественно из стали и магниевых сплавов.
На этот способ литья целесообразно переводить детали, наиболее сложные по конфигурации, требующие большого объема механической обработки, выполненные из любых сплавов, вплоть до высоколегированных сталей со специальными физическими и химическими свойствами, из сверхпрочных сплавов и из сплавов, не деформируемых и не отливаемых под давлением. Обеспечивает точность отливок 8ого…10ого квалитетов точности и шероховатость поверхностей с Ra 6,3…1,6 мкм.
Отличительными особенностями способа являются: низкая теплопроводность и плотность материала формы; высокая начальная температура формы значительно снижает скорость отвода теплоты от залитого металла, что способствует улучшению заполняемости полости формы; малая интенсивность охлаждения расплава приводит к снижению скорости затвердевания отливок, укрупнению кристаллического строения и появлению в массивных узлах и толстых стенках (более 6…8 мм) усадочных раковин и пористости; повышенная температура формы способствует развитию на поверхности контакта отливка-форма физико-химических процессов, приводящих к изменению структуры поверхностного слоя отливки, появлению различных дефектов на ее поверхности.
Технологический процесс изготовления отливок включает в себя следующие основные операции:
Металлическую форму делают разъемной, состоящей из двух частей. В ней предусматривают литниковую систему.
В автоклаве (плотно закрывающийся сосуд для нагревания под повышенным давлением) расплавляют легкоплавкий состав. Наиболее часто применяют смесь из 50% парафина (белое воскообразное вещество – смесь твердых углеводов, получаемое из нефти) и 50% стеарина (полупрозрачная масса белого или желтоватого цвета – смесь жирных кислот, получают расщеплением жиров).
Расплавленный состав из автоклава запрессовывают под давлением 2 кг/см2 в пресс-форму. Получается модель с точными размерами.
После затвердевания легкоплавкую модель вынимают из пресс-формы. Модели склеивают в виде блоков с общей литниковой системой и «окрашивают», погружая в облицовочный жидкий состав, состоящий из гидролизованного этилосиликата (30…40%) и кварцевой муки (70…60%). Толщина наносимого слоя 1…1,5 мм.
Облицованную легкоплавкую модель (блок моделей) посыпают кварцевым песком. И просушивают при комнатной температуре в течение 5…6 часов.
Модели выплавляют из оболочи при помощи горячего воздуха при температуре 120…150°С, паром или горячей водой. Получают литейную форму.
Для более крупных отливок облицованную и просушенную форму с литниковой системой помещают в металлический пакет и засыпают песком.
Готовую форму прокаливают до температуры 850…900°С, при которой остатки легкоплавкого состава выгорают, поверхность формы становитчя гладкой и твердой.
Форму заливают расплавленным металлом. В случае необходимости металл может подаваться под действием центробежных сил.
После затвердения металла блоки выбивают из опок. керамическую корочку отбивают. Для удаления керамической корочки с деталей с отверстиями и внутренними каналами отливки подвергают выщелачиванию при температуре 120°С в ванне с щелоччным раствором с последующей промывкой в горячей воде.
После контроля отливок отрезают литники, зачищают их остатки, удаляют окалину.
Литье по выплавляемым моделям является достаточно трудоемким и длительным процессом. Поэтому с самого начала его развития основные операции этого способа механизированы.
Применение этого способа несколько сдерживается из-за высокой стоимости связующих материалов и значительной трудоемкости изготовления пресс-форм, но окупается сокращением объема механической обработки и экономией металла.
Поэтому при определении целесообразности изготовления деталей машин из отливок по выплавляемым моделям взамен обычного литья, поковок, штамповок или непосредственно из проката следует наряду с определением экономии в связи со снижением трудоемкости по механической обработке учитывать трудозатраты на изготовление пресс-форм.
На литье по выплавляемым моделям целесообразно переводить детали систем управления: рычаги, вилки, коромысла, проушины, сухари, втулки, рейки, тяги, кронштейны и др.
Технологичность конструкций литых деталей
Под технологичностью конструкции литых заготовок понимают совокупность свойств, позволяющих получить качественные отливки с минимальными затратами труда, средств и времени в принятых условиях производства, обеспечивая необходимые механические и эксплуатационные свойства, определяющие функциональное назначение литой детали и технологичности изготовления из литой заготовки детали механической обработкой.
Оценка технологичности конструкции выполняется коэффициентом использования металла, коэффиционтом необработанной поверхности, коэффиционтом габаритности и др.
В технологичных конструкциях литых деталей должны быть предусмотрены простые, прямолинейные контуры; минимально допустимые толщины стенок при необходимой прочности; хорошая заполняемость формы расплавленным металлом; плавные переходы и сопряжения, способствующие снижению остаточных напряжений и др.
3.3. Изготовление поковок машиностроительных деталей
Основы технологии формооюразования поковок
Обрабока давлением – это технологические процессы формоизменения
за счет пластической деформации в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил.
При пластических деформациях атомы смещаются друг относительно друга и после снятия внешних сил не возвращаются в свое исходное положение, а занимают новые положения равновесия. Для перехода атомов в новое положение равновесия необходимы деформирующие силы, значения которых зависят от межатомных сил и характера взаимного расположения атомов. Возникающая деформация состоит из упругой и пластической составляющей, причем упругая составляющая исчезает при снятии деформирующих сил, а пластическая - приводит к остаточному изменению формы и размеров детали.
Существенные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с обработкой резанием:
Все это способствует развитию и применению способов обработки металлов давлением на производстве.
Изменение структуры и свойств металла при обработке давлением определяется температурно-скоростными условиями деформирования, в зависимости от которых различаят холодную и горячую деформации.
Холодная деформация характеризуется изменением формы зерен, которые вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металлов. При холодной деформации формоизменение сопровождается изменением механических и физико-химических свойств металла. Это явление называется упрочнением (наклепом). Изменение механических свойств состоит в том, что при холодной пластической деформации по мере ее увеличения возрастают характеристики прочности, в то время когда характеристики пластичности снижаются. Металл становится более твердым, но менее пластичным. Упрочнение возникает вследствие увеличения искажений кристалической решетки в процессе холодного деформирования. Изменения, внесенные холодной деформацией в структуру и свойства металла, не необратимы. Они могут быть устранены, например, с помощью термической обработки (отжигом).
В этом случае происходит внутренняя перестройка, при которой за счет дополнительной тепловой энергии, увеличивается подвижность атомов, и в твердом металле зарождаются и растут новые зерна, заменяющие собой вытянутые, деформируемые зерна. Это явление называется рекристаллизацией. Для чистых металлов рекристаллизация начинается при температуре, равной ¼ температуры плавления металла. Рекристаллизация протекает с определенной скоростью, причем время, требуемое для рекристаллизации, тем меньше, чем выше температура нагрева деформируемой заготовки.
При температурах ниже начала рекристаллизации наблюдается явление, называемое возвратом. При возврате форма и размеры деформированных, вытянутых зерен не изменяются, но частично снимаются остаточные напряжения.
Эти напряжения возникают из-за неоднородного нагрева или охлаждения (при литье и обработке давлением), и неоднородности распределения деформаций при пластическом деформировании и т.д.
Остаточные напряжения создают системы уравновешивающих сил и находятся в заготовке, не нагруженной внешними силами. Снятие остаточных деформаций почти не изменяет механических свойств металла, но влияяет на некоторые его физико-химические свойства. Так в результате возврата значительно повышается электрическая проводимость, сопротивление коррозии холоднодеформированного металла.
Формоизменение заготовки при температуре выше температуры рекристаллизации сопровождается одновременным протеканием упрочнения и рекристаллизации.
Горячей деформацией называют деформацию, характеризующуюся таким соотношением деформирования и рекристаллизации, при котором рекристаллизация успевает пройти во всем объеме заготовки, и микроструктура после обработки давлением оказываетя равновесной без следов упрочнения.
Чтобы обеспечить условия протекания горячей деформации, приходится с увеличенияее скорости повышать температуру нагрева заготовки (для увеличения скорости рекристаллизации). Если металл по окончании деформации имеет структуру, не полностью рекристаллизованную, со следами упрочнения, то такая деформация приводит к получению неоднородной структуры и снижению механических свойств и пластичности.
При горячей деформации сопротивление деформированию примерно в 10 раз меньше, чем при холодном.
Холодная деформация без нагрева заготовки позволяет получить большую точность размеров и лучшее качество поверхности, по сравнению с обработкой давлением при достаточно высоких температурах.
Влияние холодной деформации на свойства металла можно использовать для улучшения эксплуатационных свойств деталей. Управлять изменением свойств в требуемом направлении и на желаемую величину можно выбором рационального сочетания холодной и горячей деформаций, а также числа и режимов термических обработок в процессе изготовления деталей.
Способы изготовления поковок.
Поковкой называют заготовку детали, полученную ковкой и штамповкой. Поковки могут быть сгруппированы по признакам, определяющим технологию их изготовления. Такими признакам являются масса, конфигурация, марка сплава и тип производства.
Поковку в качестве заготовки применяют для деталей тел вращения: типа дисков, стаканов, валов, рычагов, вилок, крюков и т.п. деталей. Исходной заготовкой при пластическом деформировании могут быть: объемное тело, пруток, лист.
По назначению процессы обработки металлов давлением группируются следующим образом:
Основными схемами деформирования объемной заготовки можно считать сжатие между плоскостями инструмента, ротационное обжатие вращающимися валками, затекание металла в полость инструмента, выдавливание металла из полости инструмента, волочение. В этом случае в качестве заготовки может быть использован сортовой прокат круглого, квадратного или прямоугольного сечения. Так как размеры поперечного сечения проката ограничены, то для получения поковок большой массы (от нескольких сотен килограммов) в качестве заготовок используют слитки.
При горячей деформации сопротивление деформированию примерно в 10 раз меньше, чем при холодном. Поэтому холодная деформация используется для покавок малой массы (ориентировочно до килограмма).
Изготовление поковок может осуществляться по схемам: свободного пластического течения между поверхностями инструмента или затекания металла в полость штампа. Для заполнения полости штампа необходимо давление, значительно превышающее давление при свободном пластическом течении металла. Вследствие этого поковки большой массы затруднительно выполнять штамповкой. Для тяжелых поковок (массой ориентировочно 1…250 т) единственным возможным способом изготовления является ковка.
Процессы деформирования листовой заготовки – операции листовой штамповки – объединяются в две группы: разделительные операции (отрезка, вырубка, пробивка, надрезка) и формоизменяющие (гибка, вытяжка, формовка).
Виды поковок
Ковка – это вид горячей обработки металлов давлением, при котором деформирование производят последовательно на отдельных участках заготовки. Металл свободно течет в стороны, не ограниченные рабочими поверхностями инструмента, в качестве которого применяют плоские или фигурные (вырезные) бойки, а также различный подкладной инструмент.
При ковке используют универсальный (годный для изготовления различных поковок) инструмент, а для штамповки требуется специальный инструмент – штамп, изготовление которого при небольшой партии одинаковых поковок экономически не выгодно. Поэтому в единичном и мелкосерийном производствах обычно используют ковку. При больших партиях одинаковых поковок применение более специализированного, сложного, а значит более дорогого инструмента, экономически оправдано.
Процесс ковки состоит из чередования в определенной последовательности основных и вспомогательных операций. Каждая операция определяется характером деформирования и применяемым инструментом.
К основным операциям ковки относятся осадка, протяжка, разгонка, прошивка, отрубка, гибка.
Горячая штамповка
Горячая объемная штамповка по производительности значительно превосходит свободную ковку, обеспечивает получение поковок более точных размеров с минимальными припусками по обрабатываемым поверхностям и дает значительную экономию металла и снижение трудоемкости обработки. В серийном и массовом производствах заготовки изготавливают на штамповочных молотах и прессах. В мелкосерийном производстве применяют подкладные штампы.
В зависимости от степени сложности формы штампуемой поковки применяют несколько способов штамповки: одноручьёвую, многоручёвую, расчлененную и комбинированную.
Одноручьёвая штамповка заключается деформировании заготовки в одном ручье, применяется для несложных поковок.
Многоручёвая штамповка является наиболее распространенным способом, который состоит в деформировании заготовки последовательно в нескольких ручьях. В первых ручьях осуществляется подготовка - фасонирование заготовок под штамповку в окончательном ручье.
Расчлененную и комбинированную штамповку применяют для получения сложной заготовки, используя несколько штампов на разных машинах.
Штамповку можно выполнять в открытых и закрытых штампах
Штамповка в открытых штампах (облойная).
Характерна тем, что после заполнения металлом полости ручья штампов избыток его вытесняется в специальную полость, образуя при этом отход, называемый облоем. Облой с поковки затем обрезается при помощи особых штампов.
При штамповке в открытых штампах из заготовки с размерами малой точности получают поковки высокой точности за счет различного объема облоя. Однако на облой расходуется 10…30% металла от массы поковки.
Штамповка в закрытых штампах (безоблойная).
Характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа при этом постоянный и небольшой. Образование в нем облоя не предусмотрено.
При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки. Иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа. А при избытке - размер поковки по высоте будет больше требуемого. Процесс получения заговки в этом случае усложняется, поскольку отрезка заготовки должна обеспечивать высокую точность.
Существенное преимущество получения поковки в закрытых штампах – уменьшение расхода металла, поскольку нет отхода в облой.
Технологический процесс изготовления поковок горячей штамповкой состоит из следующих основных операций: резка прутков на мерные заготовки; нагрев мерных заготовок; штамповка; обрезка облоя; правка; термообработка; очистка от окалины; калибровка.
Оборудование для горячей объемной штамповки: молоты, горячештамповочные кривошипные прессы, гидравлические прессы, горизонтально-ковочные машины.
На молотах штампуют поковки разнообразных форм преимущественно в многоручьевых открытых штампах за 3 – 5 ударов.
На прессах в каждом ручье заготовку штампуют за один ход, поэтому производительность пресса в 1,5 – 2 раза выше, чем молота. Он получить более точные заготовки благодаря
Горизонтально-ковочные машины имеют штампы, состоящие из трех частей: неподвижной матрицы, подвижной матрицы и пуансона, размыкающихся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
Технологичность конструкций поковок
Детали, получаемымые из штампованных поковок, обычно обрабатывают только по сопрягаемым поверхностям, а большинство поверхностей остаются не обработанными. Поэтому при проектировании самой детали конструктор должен учитывать особенности процесса штамповки. Прежде всего необходимо заранее установить плоскость разъема, так как от этого зависят другие элементы конструкции детали (углы наклона, радиусы скругления и др.). Следует стремиться к возможно меньшей разности в площадях поперечных сечений на различных участках длины детали, избегать тонких стенок, высоких ребер, длинных отростков и тонких приливов, примыкающих к плоскости разъема.
Модуль 4. Сварочные технологические процессы
4.1. Физические основы получения сварного соединения
Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями.
Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и т.д.), также пластмассы.
Для образования соединений необходимо: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и др. инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.
Узанные условия реализуются различными способами сварки. Энергия при них вводится в виде теплоты, упруго-пластической деформации, ионного, электромагнитного и других видов воздействия.
Прочность и другие свойства сварных соединений определяются свариваемостью материалов.
Свариваемость - свойства металла или сочетания металлов образовывать, при установленной технологии сварки, сварные соединения, отвечающим требованиям служебного назначения изделия. В зависимости от этого свариваемость может быть достаточной или недостаточной.
По склонности свариваемых материалов образовывать такие сварочные дефекты, как трещины, поры, шлаковые включения, материалы различают на хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо сваривающиеся. Хорошо и удовлетворительно свариваются однородные металлы и сплавы. Ограниченно и плохо – при сварке разнородных материалов. В этом случае высока вероятность появления несплошностей в виде трещин и несплавлений.
Способы сварки разделяют по основному принципу их осуществления на: сварку плавлением и сварку давлением.
Сварка плавлением осуществляется местным сплавлением соединяемых частей без приложения давления. К ней относятся: сварка дуговая, плазменная, электро-лучевая, лазерная, электро-шлаковая, газовая.
Сварка давлением осуществляется за счет пластической деформации свариваемых частей при температуре ниже температуры плавления. Виды такой сварки: холодная, контактная, ультразвуковая, диффузионная, трением, взрывом и др.
Сварка плавлением
Дуговая сварка плавлением
Сущность процесса.
Источником теплоты при дуговой сварке служит электрическая дуга, которая горит между электродом и заготовкой. В зависимости от материала и числа электродов, способа включения электродов и заготовки в цепь электрического тока различают следующие виды дуговой сварки:
- сварка неплавящимся (графитовым или вольфрамовым) электродом дугой прямого действия, при которой соединение выполняется путем расплавлением только основного металла либо с применением присадочного материала;
- сварка плавящимся (металлическим) электродом дугой прямого действия, с одновременным расплавлением основного металла и электрода, который пополняет сварочную ванну жидким металлом;
- сварка косвенной дугой, горящей между двумя, как правило, неплавящимися (графитовым или вольфрамовым) электродами. При этом основной металл нагревается и расплавляется теплотой столба дуги;
- сварка тркхфазной дугой, при которой дуга горит между электродами, а также между каждым электродом и основным металлом.
Питание дуги осуществляется постоянным или переменным током.
Оборудование для проведения сварочных работ:
- Сварка переменным током: сварочные трансформаторы, регуляторы силы тока;
- Сварка постоянным током: сварочные преобразователи (электродвигатель + генератор). Применяют там, где есть сетевая электроэнергия; сварочные агрегаты (дизельный двигатель + генератор). Применяют в полевых условиях, где нет сетевой электроэнергии; регуляторы силы тока.
При сварке постоянным током обеспечивается * высокая стабильность горения сварочной дуги и * качество сварного соединения. Поэтому высоколегированные стали, из которых изготавливают ответственные конструкции, сваривают с использованием постоянного тока.
Основным недостатком сварки постоянным током является меньший, по сравнению со сваркой переменным током, коэффициент полезного действия.
Ручная дуговая сварка
Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки.
В процессе сварки металлическим покрытым электродом дуга горит между стержнем электрода и основным металлом. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в сварочную ванну. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, образуя защитную газовую атмосферу вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла. По мере перемещения дуги вдоль свариваемого соединения сварочная ванна затвердевает и формируется сварочный шов. Жидкий шлак после затвердевания образует твердую шлаковую корку.
Режим сварки
Параметрами режима сварки являются: сварочный ток, напряжение дуги, скорость сварки .
Основной параметр режима ручной сварки яаляется сварочный ток (А), который выбирают в зависимости от диаметра d и типа металла электрода:
Icв = kd..
Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины стали δ при сварке стыковых швов и катета k при сварке угловых швов.
Ручная сварка позволяет выполнять швы в различных пространственных положениях: нижнем, вертикальном, горизонтальном и потолочном. Она удобна при выполнении коротких криврлинейных швов в любых пространственных положениях, при наложении швов в труднодоступных местах,
а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы. Она обеспечивает хорошее качество сварных швов, но непроизводительна. Ручную сварку постепенно заменяют механизированной.
Лазерная сварка
При облучении поверхности тела светом энергия квантов света погращается этой поверхностью. Если световую энергию сконцентрировать на малом участке поверхности, можно получить высокую температуру. На этом основана работа оптического квантового генератора - лазера. Система специальных линз собирает световую энергию в узкий пучек, достигающий в месте фокусировки нескольких десятых долей мм. При этом в фокусе создается мощность лучевой энергии значительной плотности и лучевая энергия лазера превращается в тепловую.
Основные элементы лазера – генератор накачки и активная среда (рабочее тело). По активным средам различают твердотельные, газовые и полупроводниковые лазеры.
В твердотельных лазарах в качестве активной среды используют розовый рубин или стекло и неодим, в газовых - СО2.
Для сварки используют твердотельные и газовые лазеры импульсного и непрерывного действия. При работе в импульсном режиме существенный недостаток твердотельного лазера – низкий КПД (0,01…2,0%). Более высокую мощность и больший КПД обеспечивают лазеры, работающие в непрерывном режиме. Еще более высокий КПД и мощность у газовых лазеров.
Лазерную сварку производят на воздухе или в среде защитных газов.
Лазерный луч легко управляется и регулируется; с помощью зеркальных оптических систем легко транспортируется и направляется в труднодоступные для других способов места; в отличие от электрической дуги на него не влияют магнитные поля, что обеспечивает стабильное формирование шва.
Из-за высокой концентрации энерги в процессе лазерной сварки объём сварочной ванны небольшой, малая ширина зоны термического влияния, высокие скорости нагрева и охлаждения. Это обеспечивает высокую прочность сварных соединений и небольшие деформации сварных конструкций.
Основными параметрами режимов лазерной обработки являются мощность лазерного излучения, диаметр пятна фокусировки, скорость перемещения обрабатываемого материала относительно луча.
Плотность Е мощности лазерного излучения при непрерывном излучении определяется продолжительностью времени воздействия света (экспонирования) на объект, а при импульсном – длительностью импульса. Превышение верхнего предела плотности мощности лазерного излучения E вызывает интенсивное объемное кипение и испарение металла, привожящее к выбросам металла и дефектам шва. На практике лазерную сварку ведут при Е = 106…107 Вт/см2.
Изменение плотности Е мощности и времени t лазерного излучения позволяет сваривать лазерным лучом различные конструкционные материалы с толщиной от нескольких микрометров до десятков миллиметров.
Скорость лазерной сварки непрерывным излучением в несколько раз превышает скорости традиционных способов сварки плавлением.
Широкое применение лазерной сварки сдерживается экономическими соображениями. Стоимость технологических лазеров пока ещё высока, что требует тщательного выбора области применения лазерной сварки.
Однако, если применение традиционных способов не дает желаемых результатов либо технически неосуществимо, можно рекомендовать лазерную сварку. К таким случаям относится: необходимость получения прецизионной конструкции, форма и размеры которой не должны меняться в результате сварки; лазерная сварка целесообразна, когода она позволяет значительно упростить технологию изготовления сварных изделий, выполняя сварку как заключительную операцию, без последующей правки или механической обработки; экономически эффективна лазерная сварка, когда необходимо существенно повысить производительность, поскольку скорость ее может быть в несколько раз больше, чем у традиционных способов.
Сварка давлением
Сущность получения неразъемного сварного соединения двух металлических заготовок в твердом состоянии состоит в сближении идеально чистых соединяемых поверхностей на расстояния, при которых возникают межатомные силы притяжения.
Строение и состояние реальных поверхностей соединяемых заготовок характеризуется наличием большого количества дефектов, неровностей и загрязнений. Поверхность любого, даже тщательно отполированного твердого тела всегда волниста, шероховата и имеет множество микроскопических выступов, высота каждого из которых, на несколько порядков больше, чем расстояния, необходимые для возникновения сил межатомного взаимодействия. Кроме того, практически после любой обработки поверхность мгновенно покрывается пленкой оксидов, слоем молекул воды и жировых веществ.
Получить прочное неразъемное соединение двух поверхностей в твердом состоянии можно при условии удаления загрязняющих пленок и осуществлении затем плотного контакта по всей соединяемой плоскости. Практически этого достигают при приложении к свариваемым заготовкам давления, величина которого должна быть достаточной для смятия всех неровностей в соединяемом сечении. В начальный момент сближения в точках касания разрушается слой осажденных на поверхности примесей и появляются «островки» металлических соединений. При возрастании давления площадь контактирования поверхностей увеличивается. Вследствие большой плотности контакта соединяемые поверхности не сообщаются с атмосферой, поэтому новые оксидные и жировые пленки не образуются, а имеющиеся до этого частично выдавливаются из зоны соединения наружу, частично проникют путем диффузии в глубь металла и не препятствуют образованию металлических связей.
Необходимым условием получения качественного соединения в твердом состоянии является хорошая очистка и подготовка поверхностей и наличие пластических сдвиговых деформаций в зоне соединения в момент сварки.
Холодная сварка
Холодную сварку выполняют без нагрева и даже при пониженных температурах.
Физическая сущность процесса заключается в сближении свариваемых поверхностей до образования металлических связей между ними. В результате сдавливания заготовок в месте соединения проходит совместная пластическая деформация, сопровождающаяся разрушением пленок оксидов, которые удаляются из зоны контакта при течении металла. Образовавшиеся совершенно чистые поверхности обеспечивают прочное соединение.Холодной сваркой выполняют точечные, шовные и стыковые соединения.
При точечной сварке предварительно зачищенные и обезжиренные поверхности свариваемых заготовок сдавливают пуансонами, имеющими рабочие выступы, высота которых составляет 0,7…0,8 толщины свариваемого материала. Сила сжатия должна обеспечить полное проникновение выспупов в свариваемые заготовки.
Для холодной шовной сварке применяют специальные ролики. Непрерывное соединение может быть так же получено путем сдавливания одновременно по всей длине соединения или путем прокатывая ролика.
Холодной сваркой соединяют металлы и сплавы толщиной 0,2…15 мм однородные и неородные обладающие высокой пластичностью при нормальной температуре. В недостаточно пластичных металлах при больших деформациях при сварке могут образоваться трещины.
Высокопрочные металлы и сплавы холодной сваркой не сваривают, так как для этого требуются очень большие давления, которые практически трудно осуществить.
Хорошо свариваются сплавы алюминия, кадмия, свинца, меди, никеля, золота, серебра, цинка.
К достоинствам этого способа о т н о с я т с я малый расход энергии, незначительное изменение свойств металла в зоне сварного соединения, высокая производительность, возможность автоматизации.
К недостаткам способа относятся относительно ограниченное количество сплавов, обладающих необходимой пластичностью, а так же снижение несущей способности сварных соединений из-за глубоких вмятин на поверхности, оставляемых пуансонами.
Для соединения холодной точечной сваркой могут быть использованы любые прессы (винтовые, гидравлические, рычажные, эксцентриковые), кроме того применяются специализированные установки.
Контактная сварка
Контактная сварка относится к видам сварки с кратковременны нагревом места соединения без оплавления или с оплавлением и с последующей осадкой разогретых заготовок.
Характерная особенность этих процессов – пластическое деформирование, в ходе которого формируется сварное соединение. Место соединения разогревается проходящим по металлу эл. током. Из-за неровностей поверхности стыка даже после тщательной обработки заготовки соприкасаются только в отдельных точках. В связи с этим действительное сечение металла, через которое проходит ток, резко уменьшается. Кроме того, на поверхности свариваемого металла имеются пленки оксидов и загрязнения с малой электропроводностью, которые также увеличивают электросопротивление контакта. В результате в точках контакта металл нагревается до термопластичного состояния или до оплавления.
При непрерывном сдавливании нагретых заготовок пластичный металл в местах контакта деформируется, поверхностные оксидные пленки разрушаются и удаляются к переферии стыка. В соприкосновение приходят совершенно чистые слои металла, образующие сварное соединение.
Контактная точечная сварка
Точечная сварка – это разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются в отдельных точках
При точечная сварке заготовки собирают внахлестку и сжимают силой Р между двумя электродами, подводящими ток к месту сварки. Соприкасающиеся с медными электродами поверхности свариваемых заготовок нагреваются медленнее их внутренних слоев. Нагрев продолжается до пластического состояния внешних и расплавления внутренних слоев. После этого ток выключают и несколько увеличивают, а затем снимают давление. В результате образуется литая сварная точка.
Точечная сварка в зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым заготовкам может быть двухсторонней и односторонней.
При двухсторонней сварке две заготовки сжимают между электродами точечной машины. При односторонней сварке ток проходит между верхним и нижним свариваемыми листами.
Параметры точечной сварки: сила сжатия, плотность тока, время протекания тока.
Точечную сварку применяют для изготовления изделий из низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных и высоко легированных сталей, алюминиевых сплавов.
Толщина свариваемых металлов составляет 0,5…5 мм.
Сварка трением
Сварка трением происходит в твердом состоянии при воздействии теплоты, возникающей при трении свариваемых поверхностей.
Трение поверхностей осуществляется вращением или возвратно-по-ступательным перемещением сжатых заготовок. Трение поверхностей осуществляется вращением или возвратно-поступательным перемещением сжатых заготовок. В результате нагрева и сжатия происходит совместная пластическая деформация. Сварное соединение образуется вследствие возникновения металлических связей между чистыми, контактирующими повер-хностями свариваемых заготовок.
Оксидные пленки на свариваемых поверхностях в результате трения разрушения и удаляются в радиальном направлении за счет пластической деформации. После этого быстро прекращают движение и пркладывают осадочное сдавливание.
Используются след. схемы выполнения сварки трением: с врвщением одной детали, с вращением обеих деталей, с вращающейся втулкой, возвратно-поступательным движением одной заготовки.
Основные параметры сварки трением: скорость относительного перемещения свариваемых поверхностей; продолжительность нагрева; сила сжатия; величина пластической деформации т.е. осадки.
Параметры режима сварки трением зависят: от свойств свариваемого материала, площади сечения, конфигурации изделия.
Сваркой трением соединяют однородные и разнородные материалы и сплавы с различными свойствами, например, медь со сталью, алюминий с титаном и др.
Соединения получаются с достаточно высокими механическими свойствами. В промышленности сварку трением применяют при изготовлении режущего инструмента, различных валов, штоков с поршнями, пуансонов и др. При сварке трением снижаются затраты энергии в 5…10 раз.
Сварка взрывом
Большинство схем сварки взрывом основано на использовании направленного взрыва.
Соединяемые поверхности двух заготовок, одна из которых неподвижна и служит основанием, располагают под углом α друг к другу на расстоянии ho. На заготовку укладывают взрывчатое вещество тощиной H, а со стороны, находящейся над вершиной угла, устанавливают детонатор. Сварку выполняют на жесткой опоре.
Давление, возникающее при взрыве, сообщает импуль расположенной под зарядом пластине. Детонация взрывчатого вещества с выделением газов и теплоты происходит с большой скоростью (несколько тысяч метров в секунду). В месте контакта верхней пластины с основанием образуется угол γ, который перемещается вдоль соединяемых поверхностей. При соударении пластин, движущихся с большой скоростью, между ними образуется комулятивная струя газов, которая разрушает и уносит оксидные поверхностные пленки и другие загрязнения, подготавливая тем самым поверхности для сварки. Поверхности сближаются до расстояния действия межатомных сил, и происходит схватывание по всей площади соединения.
Пайка металлов и сплавов.
Сущность процесса.
Пайка – это процесс получения неразъемного соединения заготовок без их расплавления путем смачивания поверхностей жидким припоем с последующей его кристализацией.
Образованные соединения без расплавления основного материала обеспечивает возможность в дальнейшем распаять изделие. По прочности паяные соединения уступают сварным. Паять можно все углеродистые и легированные стали всех марок, твердые сплавы, цветные сплавы, серые и ковкие чугуны.
При пайке металлы соединяются в результате смачивания и растекания жидкого припоя по нагретым поверхностям и затвердевания его после охлаждения.
Прочность сцепления припоя с соединяемыми поверхностями зависит от физико-химических и диффузионных процессов, протекающих между припоем и основным металлом и определяется, как правило, прочностными характеристиками припоя.
По условиям заполнения зазора пайку можно разделить на капилярную и некапилярную.
При капилярной пайке припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями и удерживается в нем за счет капилярных сил. Соединение образуется в результате растворения основы в жидком припое и последующей кристаллизации раствора. По механизму образования шва капилярную пайку подразделяют на диффузионную, контактно-реактивную и реактивно-флюсовую.
При диффузионной пайке соединение образуется за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паяемых материалов, причем возможно образование в шве хрупкого раствора. При диффузионной пайке необходима продолжительная выдержка при температуре образования паяного шва.
При контактно-реактивной пайке между соединяемыми металлами или между соединяемыми металлами и прослойкой промежуточного металла в результате контактного плавления образуется сплав, который заполняет зазор и при кристализации образует паяное соединение.
При реактивно-флюсовой пайке припой образуется за счет химической реакции вытеснения между основным металлом и флюсом. Реактивно-флюсовую пайку можно вести без припоя и с припоем.
К некапилярным способам относятся пайка-сварка и сварка-пайка.
При пайке-сварке соединения образуются так же, как и при сварке с плавлением, но в качестве присадочного металла принимают припой.
При сварке-пайке соединяют разнородные материалы с применением местного нагрева. Более легкоплавкий материал при достижении температуры плавления выполняет роль припоя.
Наибольшее применение получили капилярные способы и пайка-сварка.
Качество паяных соединений (прочность,герметичность, надежность и др.) зависят от основного металла, припоя, флюса, способа нагрева, зазоров, типа соединения.
Припои представляют собой сплавы цветных металлов сложного состава. Припой должен хорошо растворять основной металл, быть дешовым и недефицитным. Все припои по температуре плавления подразделяют на особолегкоплавкие ( температура плавления ≤ 145°С), легкоплавкие (145…450°С), среднеплавкие (450…1100°С) и тугоплавкие (> 1050°С).
К особолегкоплавким и легкоплавким припоям относятся одовяно-свинцовые на основе висмута, индия, кадмия, цинка, олова, свинца.
К среднеплавким и тугоплавким припоям относятся медные, медно-цинковые, медно-никелевые, с благородными металлами (золотом, серебром, платиной) .
Припои изготавливают в виде прутков, проволок, листов, полос, спиралей, дисков, колец, зерен др., укладываемых в место соединения.
Флюсы паяльные применяют для очистки поверхностей паяемого материала, а так же для улучшения растекания и смачиваемости жидгого припоя.
Флюс (кроме реактивно-флюсовой пайки) не должен химически взаимодействовать с припоем. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюсы могут быть твердые, пастообразные и жидкие. Для пайки наиболее приемлемы флюсы: бура и борная кислота, хлористый цинк и втористый калий и др.
Способы пайки
Способы пайки классифицируют в зависимости от источников нагрева.
Наиболее распространена на производстве пайка в печах, индукционая,
погружением, газопламенная и паяльниками.
При пайки в печах соединяемые заготовки нагревают в специальных печах таких как: печах электросопротивления, индукционного нагрева, газопламенных, газовых. Припой заранее закладывают в шов собранного узла, На место пайки наносят флюс и затем изделие помещают в печь, где его нагревают до температуры пайки. Припой расплавляется и заполняет зазоры между соединяемыми заготовками.
Процесс пайки продолжается несколько часов.
Этот способ обеспечивает равномерный нагрев соединяемых деталей без заметной их деформации.
При индукционной пайке паяемый участок нагревают в индукторе токами высокой частоты (ТВЧ). В результате место пайки нагревается до необходимой температуры. Индукторы выполняют в виде петли или спирали из красной меди. Для предохранения от окисления изделие нагревают в вакууме или в защищенной среде с применением флюсов.
Пайку погружением выполняют в ваннах с расплавленными солями или припоями. Температура ванны 700…800°С. На паяемую поверхность, предварительно очищенную от грязи и жира, наносят флюс, между кромками соединения размещают припой, затем детали скрепляют и погружают в ванну. Соляная ванна предохраняет место припоя от окисления. Перед погружением в ванну с расплавленным припоем покрытые флюсом детали нагревают до температуры 550°С. Поверхности, не подлежащие пайке, предохраняют от контакта с припоем специальной обмазкой из графита с добавками небольшого количества извести.
Пайку с погружением в расплавленный припой используют для стальных, медных и алюминиевых сплавов, деталей сложных геометрических форм. На этот процесс расходуется большое количество припоя.
При газопламенной пайке заготовки нагревают и припой расплавлят газосварочными, плазменными горелками или паяльниками лампами. В качестве горючих газов используют ацетилен, природный газ, водрод, пары керосина и т.п. Прибой заранее помещают у места пайки или вводят вручную.
На место пайки предварительно наносят флюс в виде жидкой пасты, разведенной водой или спиртом. Конец прутка припоя также покрывают флюсом.
Плазменной горелка обеспечивает более высокую температуру нагрева. Ее используют для пайки тугоплавких металлов – вольфрама, тантала, модибдена, ниобия и т.п.
При пайке паяльником основной металл нагревают и припой расплавляют за счет теплоты, аккумулированной в массе материала паяльника, который перед пайкой или в процессе ее подогревают.
Для низкотемпературной пайки применяют паяльники с переодическим нагревом, с непрерывным нагревом и ультрозвуковые. Рабочую часть паяльника выполняют из красной меди. Паяльники с переодическим и непрерывным нагревом чаще всего используют для флюсовой пайки черных и цветных металлов припоями с температурой плавления ниже 300…350°С. Ультразвуковые паяльники применяют для безфлюсовой пайки на воздухе и пайки алюминия. Оксидные пленки разрушаются за счет ультразвуковой частоты.
Основные типы паяных соединений: в нахлестку, встык, вскос, втавр, в угол, соприкасающиеся.
Модуль 6. Изготовление деталей из композиционных материалов
Порошковая металлургия
Прогрессивные технологии штамповки деталей
К прогрессивной технологии штамповки деталей о т н о с и т ся порошковая металлургия - отрасль технологии, з а н и м а ю щ а я ся получением порошков и изделий из них с заданными механическими характеристиками.
Процесс включает в себя след. этапы:
После спекания заготовка п р е д с т а в л я е т собой твердое тело, имеющее остаточную пористость.
Это тело является исходной заготовкой для штамповки детали выдавливанием, как и обычная, отрезанная из прутка.
После выдавливания деталь п о д в е р г а е т с я отжигу в защитной атмосфере с целью снятия остаточных напряжений.
Процесс объединения отдельных частиц порошка п р о и с х о д и т при его уплотнении и спекании по следующей схеме:
|
В порошковых деталях, полученных холодным формованием и спеканием величина остаточной пористости составляет 13…15%.
В горячештампованных порошковых заготовках пористость практически отсутствует. НО, поскольку частицы порошка п о к р ы ты оксидной пленкой, з а т р у д н я ю щ е й диффузионные процессы практически невозможно достич ь высоких значений прочности и ударной вязкости.
Кроме того, при горячей штамповке увеличиваются припуски на механическую обработку.
Достоинства порошковой металлургии:
При традиционных методах штамповки не всегда удается полностью и с к л ю чить химическую неоднородность внутреннего строения поковки и д о с т и ч ь однородного кристаллического строения.
* При порошковой металлургии обеспечить это значительно проще.
* Порошковая металлургия п о з в о л я е т получать новые технические материалы, которые нельзя или невыгодно получать другими способами. К ним относятся:
* Отходы порошковой металлургии (окалина, стружка) можно и с п о л ь з о в а т ь для получения порошков.
Применение
в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении, электронной и др. отраслях промышленности одним из путей повышения качества осесимметричных деталей типа колец, втулок, стаканов, увеличния производительности труда и сократщения потерь металла является внедрение порошковой металлургии.
5. Сварочные технологические процессы
5.1. Физические основы получения сварного соединения
Сварка – технологический процесс п о л у ч е н и я неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями.
Сваркой с о е д и н я ю т
Для образования соединений необходимо:
Указанные условия р е а л и з у ю т с я различными способами сварки. Энергия при них в в о д и т с я в виде теплоты, упруго-пластической деформации, ионного, электромагнитного и других видов воздействия.
Прочность и другие свойства сварных соединений о п р е д е л я ю- т с я свариваемостью материалов.
С в а р и в а е м о с т ь - свойства металла или сочетания металлов о б р а з о в ы в а т ь, при установленной технологии сварки, сварные соединения, отвечающим требованиям служебного назначения изделия.
В зависимости от этого свариваемость может быть достаточной или недостаточной.
По склонности свариваемых материалов о б р а з о в ы в а т ь такие сварочные дефекты, как трещины, поры, шлаковые включения, материалы различают на хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо сваривающиеся.
Хорошо и удовлетворительно с в а р и в а ю т с я однородные металлы и сплавы. Ограниченно и плохо – при сварке разнородных материалов. В этом случае высока вероятность появления несплошностей в виде трещин и несплавлений.
Способы сварки р а з д е л я ю т по основному принципу их о с у щ е с т в л е н и я на: сварку плавлением и сварку давлением.
Сварка плавлением о с у щ е с т в л я е т с я местным сплавлением соединяемых частей без приложения давления. К ней относятся: сварка дуговая, плазменная, электро-лучевая, лазерная, электро-шлаковая, газовая.
Сварка давлением о с у щ е с т в л я е т с я за счет пластической деформации свариваемых частей при температуре ниже температуры плавления. Виды такой сварки: холодная, контактная, ультразвуковая, диффузионная, трением, взрывом и др.
Лекция 6
Произведем классификацию методов обработки, выделяя и формулируя наиболее общие и значимые классификационные признаки.
1. По характеру участия в технологическом процессе различают методы собственно обработки, методы контроля и измерения и
вспомогательные методы (например, транспортирование объекта).
2. По виду свойств объекта, изменяемых в результате обработки,
различают методы изменения объемных свойств (термическая обработка),
методы изменения свойств поверхностного слоя (поверхностно пластически деформирование, электроискровое легирование), методы размерного формообразования.
3. По принадлежности к переделу (заготовительный, обработка с
Удалением припуска, упрочняющая обработка, обработка с нанесением покрытий, сборка).
4. По характеру формирования конфигурации изделия:
— методы, основанные на перераспределении в пространстве объема
заготовки без его изменения;
— методы, основанные на удалении припуска с поверхности заготовки (субтрактивные или дезинтеграционные методы)
— методы, базирующиеся на наращивании слоев материала на заготовке
(аддитивные или интеграционные методы);
— комбинированные.
5. По механизму воздействия (первичному процессу) на обрабатываемый объект различают следующие методы обработки:
— методы теплового воздействия (процессы нагревания, плавления,
испарения, спекания, затвердевания, конденсации) характеризуются подводом к поверхности обрабатываемого тела интенсивных тепловых потоков (плотность мощности до 107 МВт/м2). К ним относятся фрикционное разрезание, электроконтактная, электроэрозионная, плазменная, лазерная, электронно-лучевая обработка. Некоторые методы теплового воздействия связаны с генерированием тепла в объеме или части объема объекта обработки (омический нагрев, нагрев ТВЧ, контактный нагрев). Несмотря на различия в способах генерации и подвода тепловых потоков в рабочую зону, их распределения по поверхности или объему обрабатываемого объекта основной процесс, определяющий характер изменения его состояния, является тепловым;
— методы химической обработки (процессы растворения, осаждения образования новых или разложения исходных веществ) характеризуется химическим взаимодействием вещества обрабатываемого объекта с реагентами рабочей среды;
— методы электрохимического воздействия основаны на процессах
переноса заряда и вещества через границу раздела фаз «твердое тело —
жидкость» под действием электрического поля. Это электрохимическая
размерная обработка, полирование, оксидирование, катодное осаждение
металлов и сплавов;
— методы механического воздействия характеризуются непосредст венным контактным взаимодействием твердых тел с различными значе ниями поверхностной энергии, одно из которых является обрабатывае мым объектом. В результате такого взаимодействия обрабатываемый объ ект деформируется. В зависимости от вида деформаций различают две подгруппы методов данной группы. В первую из них входят методы, ос нованные на деформации объекта обработки с последующим разрушени ем (обработка резанием, пробивка и вырубка листовых заготовок и пр.), а во вторую — те методы, в которых указанная деформация не сопровожда ется диспергированием материала (горячая объемная штамповка, вытяжка);
методы гидромеханической обработки основаны на непосредст венном преобразовании энергии жидкой рабочей среды в работу разру шения или пластического деформирования объекта обработки (водо струйная, кавитационная, электрогидравлическая);
методы магнитного воздействия основаны на непосредственном
технологическом использовании магнитных или электромагнитных полей
для изменения состояния объекта обработки;
методы радиационного воздействия характеризуются взаимодей ствием обрабатываемого объекта с различными видами излучения (рент геновское, γ-излучение);
методы быстрого прототипирования (rapid prototyping) выдели лись в отдельную группу в последние годы. В эту группу входят различ ные методы, в которых используются специфические физические или хи мические эффекты. Типичным представителем является объемная фото
литография, основанная на эффекте образования твердой фазы из раство ра под действием света;
комбинированные методы обработки характеризуются одновре менным участием нескольких разнородных процессов в заданном измене нии состояния объекта обработки.
— методы, при реализации которых удельный расход энергии не
превышает величину энергии плавления (≈104 Дж/см3). Типовой пред ставитель — обработка резанием, при которой достаточно разрушить свя зи лишь небольшой части атомов и молекул для разделения материала;
— методы с удельным расходом энергии в диапазоне от энергии Оплавления до энергии испарения (для стали примерно 6-104 Дж/см3). В этом случае ослабляются связи между всеми атомами и молекулами обра батываемого вещества, что имеет место, например, при литье;
— методы обработки с удельной энергией выше 105 Дж/см3. Дости гается полное разрушение связей между молекулами и атомами. Это элек троэрозионная, лазерная обработка.
8. По характеру переноса информации на обрабатываемый объект можно выделить две группы методов. Первая из них основана на прямом переносе информации с промежуточного носителя— инструмента на объект в результате копирования формы рабочей поверхности инструмен та (методы прямого копирования). Вторая группа методов базируется на кодировании исходной информации в виде траекторий относительного перемещения характеристического образа инструмента (обкатывание и построчное сканирование).
9. По характеру взаимосвязей, отношений между первичными про цессами воздействия на заданный параметр состояния объекта обработки выделим три группы методов: аддитивные, супераддитивные и субаддитивные. Поясним данное разбиение множества методов обработки следующим примером. Пусть для воздействия на объект используются k первичных процессов физической или химической природы b1,b2 ... bn, каждый из которых в отдельности обеспечивает скорость Vi (i' = 1, 2, ... k) из менения данного параметра состояния (Vi > Q). Суперпозиция этих про цессов может привести к одному из трех результатов:
; ;
Е где VΣ— скорость изменения указанного параметра состояния при реали зации всех первичных процессов единовременно. Очевидно, это вызвано наличием взаимосвязей между первичными процессами. Очевидно также, что практический интерес представляют супераддитивные методы обра ботки, в которых проявляется так называемый синергический эффект. Далее будет показано, что этот эффект наблюдается в ряде комбиниро ванных методов обработки.
10. Методы обработки часто делят на две группы в зависимости от характера применяемого инструмента:
контактные МО предполагают использование в качестве инстру мента компактное твердое тело, свойства которого определяют характер
изменения свойств объекта обработки;
бесконтактные методы обработки основаны на использовании в
качестве инструмента физических (химических) полей, соответствующим
образом организованных во времени и пространстве и определяющих ха рактер изменения свойств обрабатываемого объекта.
Такое деление удобно с точки зрения описания процессов формооб разования изделий, проектирования инструмента, оценки технологиче ских возможностей метода обработки и в ряде других случаев.
Приведенная классификация, естественно, не претендует на полноту описания и охвата всего многообразия существующих методов обработки. Тем не менее она позволяет упорядочить это многообразие, в том числе по системообразующим признакам МО: характеру физических или хими ческих процессов, характеру их взаимодействия, характеру изменения со стояния объекта обработки.
Рассмотрим кратко наиболее распространенные методы обработки материалов, заостряя внимание на их специфических особенностях и ос тавляя подробное обсуждение на долю соответствующих разделов книги. Для этого воспользуемся схематическими изображениями каждого МО, приведенными на рис. 1.8. Описание процессов, ответственных за разру шение материала, эффектов, вызывающих это разрушение, а также огра ничения области применения соответствующих методов представлены в табл. 1.5. Как видно, несмотря на существенные различия в механизме разрушения материалов, все эти методы могут успешно применяться для целей размерной обработки деталей машин, то есть имеют общую целе вую функцию. К настоящему времени известно около 40 физико-химических методов обработки [9], каждый из которых породил множе ство способов обработки и технологических систем для их реализации. Для сравнения в табл. 1.6 сведены данные о достигаемых технологиче ских характеристиках некоторых методов и способов обработки, которые дают представление об их возможностях. К числу наиболее сложных опе раций механообработки относится обработка отверстий малого диаметра (1 мм и менее), особенно при значительной величине отношения длины отверстия к его диаметру. Для обработки таких отверстий широко приме няют физико-химические методы обработки. Информация, приведенная в табл. 1.7, дает представление о технологических возможностях и характе ристиках различных методов и способов ФХОМ, используемых в таких технологиях.
Обсудим с учетом данных табл. 1.5—1.7 некоторые технологические особенности физико-химических методов обработки, определяющие об ласть их целесообразного применения:
— возможность обработки разнообразных по физико-механическим свойствам материалов без значительного силового воздействия на заго товку. Это позволяет обрабатывать нежесткие изделия или существенно уменьшить соответствующую погрешность обработки, упростить и уде шевить элементы оборудования. Так, используя ЭХО или ЛО, удается по лучать высокоточные детали из фольги, осуществлять маркирование от ветственных изделий без силового воздействия на них, обрабатывать за готовки тонкого поперечного сечения типа пера лопатки ГТД;
— значительно меньше зависимость технологических показателей
обработки от физико-механических свойств материала. Возможна обра ботка закаленных сталей, твердых сплавов, стекла, алмазов, синтетиче ских композиционных материалов, современных керамических материалов, а так же изделий из материалов со специфическими свойствами с использованием соответствующего МО;
— технологические возможности новых физико-химических мето дов обработки шире, чем при обработке резанием или пластическим де
формированием.
Так, стала возможной обработка отверстий любого геометрического сечения с криволинейной осью, отверстий диметром 1—200 мкм, обра ботка малых отверстий с отношением длины к диаметру более 100, трепанация отверстий и пазов, обработка полостей в труднодоступных местах и другие операции. Это расширяет возможности конструктора при принятии технических решений;
— многие методы ФХОМ характеризуются высокой стойкостью или
полным отсутствием износа инструмента. В ряде случаев инструмент в
традиционном его понимании вообще отсутствует (бесконтактная обработка).
Наряду с изложенными достоинствами, физико-химические МО обладают специфическими недостатками, сдерживающими их распространение. К числу таких общих недостатков следует отнести следующие:
— специфические требования к организации производства с точки
зрения безопасной жизнедеятельности, охраны окружающей среды, культуры производства заставляют при внедрении соответствующих технологий затрачивать дополнительные средства для оснащения производства специальными помещениями, эффективными очистными сооружениями, яствами регенерации рабочих сред, утилизации отходов;
— повышенная энергоемкость соответствующих технологий по отношению к традиционным при прочих равных условиях характеризуется
данными, приведенными в табл. 1.8.
Таблица 1.8 Сравнительные значения показателей энергопотребления
|
Метод обработки |
Удельный расход энергии, кВт ч/кг |
Мощность оборудования, кВт |
КПД преобразователя энергии |
Сопоставление с обработкой резанием |
|
ЭЭО |
7—50 |
1—100 |
0,1—0,6 |
Заметно выше |
|
ЭХРО |
8—30 |
1—120 |
0,6—0,9 |
Заметно выше |
|
УЗО |
25—250 |
0,1—25 |
0,2—0,4 |
Заметно выше |
|
СЛО |
250—2000 |
0,5—5 |
0,02—0,2 |
Значительно выше |
— высокая стоимость оборудования ведущих фирм. Отечественное станкостроение практически не производит в настоящее время конкурен тоспособную продукцию. Поэтому всяческой поддержки заслуживает практика передовых заводов авиадвигателестроения, производящих по добное оборудование своими силами и добившихся на этом пути значи тельных успехов. Это прежде всего Казанский, Пермский и Самарский моторостроительные заводы, ММПО «Салют».
В связи со сказанным можно сформулировать общие требования к области применения физико-химических методов обработки в машино строении: такое применение тем выгоднее, чем сложнее форма изделия, тверже обрабатываемый материал и хуже его обрабатываемость резанием. Эти положения иллюстрируются данными, представленными в табл. 1.9.
Выше рассмотрены достаточно общие свойства методов ФХОМ. Однако каждый из них обладает собственными специфическими свойст вам. Так, уникальной особенностью ЭХО является наблюдаемая в широ ком диапазоне режимов обработки прямая зависимость между производи тельностью и качеством поверхностного слоя, спонтанное скругление острых кромок в процессе обработки, наличие необработанного конуса на дне глухого прошитого отверстия.
Таблица1.9 Целесообразность использования ФХОМ вместо обработки резанием
|
Метод обра ботки |
Степень сложности изделия |
|||||||
|
Особо сложная |
Сложная |
Средней сложности |
Простая t |
|||||
|
Твердость материала изделия |
||||||||
|
Высокая |
Низкая |
Высокая |
Низкая |
Высокая |
Низкая |
Высокая |
Низкая |
|
|
1.ЭЭО |
4—5 |
2—3 |
3—4 |
2—3 |
2—3 |
2—3 |
3 |
2—3 |
|
2. ЭХО |
4—5 |
3—4 |
3—4 |
3 |
3—4 |
3 |
3-4 |
1—2 |
|
3. УЗО |
3—5 |
2—3 |
3—4 |
2 |
3 |
2 |
3 |
2 |
Обозначения: 1 — совершенно нецелесообразно, 2 —недостаточно выгодно, 3 — выгодно, 4 —безусловно выгодно, 5 —только ФХОМ.
Суммируя опыт применения ФХОМ в машиностроительном производ стве, можно выделить наиболее общие тенденции развития этих методов:
— плотность энергии, подводимой к поверхности заготовки, посто янно растет, а съем металла все более локализуется. Рассмотрим в связи
со сказанным, как развивались методы теплового воздействия на материал по данным табл. 1.10. Как видно, все более значительная тепловая энергия локализуется на все меньшей площади поверхности;
— в рамках технологических возможностей МО формируются способы и технологии на их основе, предназначенные либо для интенсивного
съема припуска с относительно низким качеством поверхностного слоя (черновая обработка) либо для высокоточного изготовления деталей с относительно низкой производительностью (чистовая обработка);
— наиболее быстро развиваются и совершенствуются комбинированные МО, объединяющие два или более различных физико-химических воздействия на объект.
Таблица1.10 Сравнительная характеристика некоторых методов теплового воздействия
|
Источник тепла |
Площадь пятна, см2 |
Плотность энергии, Дж/см2 |
Температура в пятне, °С |
|
Газовая горелка |
10-2 |
104 |
3-103 |
|
Электрический разряд |
10-3 |
105 |
6-103 |
|
Электронный луч |
10-7 |
107 |
105 |
|
Лазерный луч |
10-7 |
108 |
106 |
Основы технологии формообразования
поверхностей деталей механической обработкой
Обработка металлов резанием – процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаимного положения и шероховатости поверхностей детали.
Чтобы срезать с поверхности слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительные движения.
Инструмент и заготовку устанавливают и закрепляют в рабочих органах станка, обеспечивающих их относительное движение.
Движения рабочих органов станка подразделяют на движения резания, установочные и вспомогательные.
Движения резания, обеспечивают срезание с заготовки слоя металла и вызывают изменение состояния обработанной поверхности заготовки, называют движениями резания. К ним относят главное движение резания и движение подачи.
За главное движение резания принимают движение, определяющее скорость отделения стружки. Обозначают буквой v.
За движение подачи – движение обеспечиваюшее врезание режущей кромки инструмента в материал заготовки. Обозначают – Vs.
Эти движения могут быть непрерывными и прерывистыми, а по своему характеру вращательными,поступательными, возвратно-поступательными.
К установочным движениям относят движения, обеспечивающие взаимное п о л о ж е н и е инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя материала.
К вспомагательным движениям относят закрепление заготовок и инструмента, транспортирование заготовки, перемещения рабочих органов станка на ускоренной подаче.
Для любого процесса резания можно составить схему обработки. На схеме условно изображают обрабатываемую заготовку, схему ее установки и закрепление на станке, закрепление и положение режущего инструмента относительно заготовки, а также движения резания. Инструмент показывают в положении, соответствующем окончанию обработки поверхности заготовки. Обработанную поверхность на схеме выделяют утолщенными линиями. Указывают ее размер с отклонениями и шероховатость.
На схемах обработки показывают характер движений резания и их технологическое назначение, используя условные обозначения: главное движение резания - Dr; движения подачи – Ds - продольное (пр), поперечное (п), вертикальное (в), круговое (кр), окружное (о), тангенциальное (т).
Закрепление заготовки и инструмента на схемах показывают полуконструктивно или условными обозначениями в соответствии с ГОСТ 3.1107-81.
В процессе резания на заготовке различают обрабатываемую поверхность, обработанную поверхность и поверхность резания.
IV. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Р а б о т а № 1. ИЗУЧЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИИ И МАРКИРОВКИ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ
Цель работы:
Теоретические положения
Сплавы на основе железа называют сталями и чугунами
Сталь – железоуглеродистый сплав, является основным видом металла, применяемым для создания машин.
Это объясняется тем, что сталь обладает: высокими прочностью и износостойкостью; хорошо сохраняет приданную форму в изделиях; сравнительно легко поддается различным видам обработки; кроме того, основной компонент стали – железо – является широко распространенным элементом в земной коре.
Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, в которых углерода более 2,14% и затвердевающие с образованием эвтектики (тонкая смесь твердых веществ, которые выкристаллизовываются из расплава одновременно при температуре более низкой, чем температура плавления отдельных элементов смеси).
Благодаря сочетанию высоких литейных свойств, достаточной прочности, износостойкости, относительной дешевизне чугуны получили широкое распространение в машиностроении. Их используют для получения качественных отливок сложной формы при отсутствии жестких требованиям к габаритам и массе деталей.
Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне (табл.1). Классификация и маркировка сталей показана в таблицах 2 и 3.
Таблица 1
Состав передельного чугуна и низкоуглеродистой стали, %
|
Материал |
С |
Si |
Mn |
P |
S |
|
Передельный чугун |
4…4,4 |
0,56…1,26 |
До 1,75 |
0,1...0,3 |
0,03…0,07 |
|
Низкоуглеро-дистая сталь |
0,12…0,25 |
0,12…0,3 |
0,3…0,9 |
0,05 |
0,050 |
Таблица 2
Классификация сталей
|
По назначению |
3. стали и сплавы с особыми свойствами |
|
По химическому составу |
углеродистые |
легированные |
(С до 0,25%);
(С: 0,25 – 0,45%);
(С: 0,45 – 0,75%) |
3. Высоколегированные – более 10% |
|
По качеству |
обыкновенного назначения |
качественная |
высококачест-венная |
особовысоко-качественная |
|
S до 0,05%; P до 0,04%. |
S до 0,04%; P до 0,035%. |
S до 0,025%; P до 0,025%. |
S до 0,015%; P до 0,025%. |
|
По характеру раскисления и затвердевания |
спокойные |
полу- спокойные |
кипящие |
|
Содержат мало кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделения. |
Занимают промежуто-чное положение. |
Перед раскислением имеют повышенное количество кислорода, при затвердении он взаимодействует с углеродом и удаляется в виде газа СО: сталь «кипит». Результат «кипения» стали – повышенное содержание в ней газообразных примесей. |
Таблица 3
Маркировка сталей
|
Углеродистые |
Обыкновенного назначения |
|
Индекс «Ст.» и порядковый номер: Ст.1, Ст.2, … Чем выше номер в обозначении, тем выше прочность и ниже пластичность стали. |
|
|
Качественные |
|
|
Словом «сталь» и цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых процента: сталь 10, сталь 20 … сталь 80. |
|
|
Высококачественные и особовысококачественные |
|
|
Также как качественные. У особовысококачественных в маркировке указывают способ выплавки и последующей ее механической обработки. |
|
Углеродистые инструмен- тальные |
С содержанием углерода более 70% имеют в обозначении букву «У» и цифру, указывающую содержание углерода в десятых долях процента: У7, У8, … У13 |
|
Легированные конструкционные |
В основу маркировки легированных сталей положена буквенно-цифровая система (ГОСТ 4543-71). Легирующие элементы обозначаются буквами: марганец – Г; кремний – С; хром – Х, никель – Н; вольфрам – В; ванадий – Ф; титан – Т; молибден – М; кобальт – К; алюминий – Ю; медь – Д; бор – Р; ниобий – Б; цирконий – Ц; азот – А. |
|
Количество углерода указывается в сотых долях % цифрой, стоящей в начале обозначения. Количество легирующего элемента указывается в процентах целой цифрой, стоящей после соответствующего индекса. Отсутствие цифры после индекса элемента указывает, что его содержание меньше 1,5%. Высококачественные стали имеют в обозначении букву А, а особовысококачественные – букву Ш, проставляемую в конце. Например, сталь 12Х2Н4А содержит 0,12% С (углерода), около 2% хрома, около 4% никеля и менее 0,04% серы и 0,035% фосфора (буква А). |
Примечание: 1. В маркировке стали иногда ставят буквы, указывающие на их применение: А – автоматные (А12, А20, А40Г), Р - быстрорежущие (Р6М5), Ш - шарикоподшипниковые (ХШ15), электротехнические (Э).
Классификация чугунов
В зависимости от того в какой форме присутствует углерод в сплавах различают чугуны: белые, серые, высокопрочные, чугуны с вермикулярным графитом (особый сплав магния и железа), ковкие чугуны.
Белыми называют чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Из-за большого количества цементита они твердые, хрупкие, и для изготовления деталей машин не используются.
В промышленности широко применяются серые, высокопрочные и ковкие чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в виде графита.
Графит обеспечивает хорошую обрабатываемость, высокие антифрикционные свойства вследствие низкого коэффициента трения. Вместе с тем включения графита снижают твердость, прочность и пластичность, так как нарушают сплошность металлической основы сплава.
Серыми называют чугуны с пластинчатой формой графита.
Обозначают серые чугуны индексами СЧ20, СЧ25, СЧ30. Цифра в обозначении указывает на предел прочности чугуна при растяжении в 0,1Мпа (табл. 1).
Таблица 4
Свойства серых чугунов
|
Марка чугуна |
Предел прочности на растяжение σв, 0,1 МПа |
Относительное удлинение δ, % |
Твердость НВ |
|
Серые чугуны (ГОСТ 1412- 85) |
|||
|
СЧ10 |
100 |
- |
≈190 |
|
СЧ15 |
150 |
- |
163-210 |
|
СЧ25 |
250 |
- |
180-245 |
|
СЧ35 |
350 |
- |
220-275 |
Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму.
Такие чугуны получают модифицированием магнием, который вводят в жидкий чугун в количестве 0,02…0,08% или магнием и никелем. Шаровидный графит – менее сильный концентратор напряжений, чем пластинчатый. Поэтому он меньше снижает механические свойства металлической основы. Из него изготавливают крупные коленчатые валы, шпиндели к крупным станкам.
Марка высокопрочного чугуна состоит из букв ВЧ и числа, обозначающего уменьшенное в 10 раз значение его временного сопротивления (табл.2).
Таблица 5
Свойства высокопрочных чугунов
|
Марка чугуна |
Предел прочности на растяжение σв, 0,1 МПа |
Относительное удлинение δ, % |
Твердость НВ |
|
Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293-85) |
|||
|
ВЧ35 |
350 |
22 |
140-170 |
|
ВЧ45 |
450 |
10 |
140-225 |
|
ВЧ60 |
600 |
3 |
192-227 |
|
ВЧ80 |
800 |
2 |
248-351 |
|
ВЧ100 |
1000 |
2 |
270-360 |
У чугунов с вермикулярным графитом структура формируется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (около 40%) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок - форму.
Чугуны с вермикулярным графитом производят 4-х марок: ЧВК-30, ЧВК-35, ЧВК-40, ЧВК-45 (табл. 3). Число в марке обозначает уменьшенное в 10 раз значения временного сопротивления.
По механическим свойствам чугуны с вермикулярным графитом занимают промежуточное значение между серым и высокопрочным. Они прочнее серых чугунов, особенно при циклических нагрузках. Отличаются хорошей теплопроводимостью, что обеспечивает их стойкость к теплосменам.
Таблица 6
Свойства вермикулярного чугуна
|
Марка чугуна |
Предел прочности на растяжение σв, 0,1 МПа |
Относительное удлинение δ, % |
Твердость НВ |
|
Чугуны с вермикулярным графитом (ГОСТ28384-84) |
|||
|
ЧВГ-30 |
300 |
3 |
130-180 |
|
ЧВГ-35 |
350 |
2 |
140-190 |
|
ЧВГ-40 |
400 |
1,5 |
170-220 |
|
ЧВГ-45 |
450 |
0,8 |
190-250 |
Ковким называются чугуны, в которых графит имеет хлопковидную форму.
Такой графит по сравнению с пластинчатым меньше снижает механические свойства металлической основы, вследствие чего ковкие чугуны по сравнению с серыми обладают более высокими прочностью и пластичностью.
Ковкие чугуны обозначаются индексом и последующими цифрами, первая из которых характеризует его прочность, а вторая – пластичность: КЧ-30-6, КЧ-45-7 и т.д. (табл.4).
Таблица 7
Свойства ковкого чугуна
|
Марка чугуна |
Предел прочности на растяжение σв, 0,1 МПа |
Относительное удлинение δ, % |
Твердость НВ |
|
Чугуны ковкие |
|||
|
КЧ-30-6 |
300 |
6 |
100-163 |
|
КЧ-35-8 |
350 |
8 |
100-163 |
|
КЧ-37-12 |
370 |
12 |
110-163 |
|
КЧ-45-7 |
450 |
7 |
150-207 |
|
КЧ-60-3 |
600 |
3 |
200-269 |
|
КЧ-80-1,5 |
800 |
1,5 |
270-320 |
Технологические свойства металлов и сплавов
При выборе материала при создании конструкции необходимо комплексно учитывать его прочностные, технологические и эксплуатационные характеристики.
Таблица 8
Обрабатываемость конструкционных материалов резанием
|
Конструкционные материалы деталей машин |
|||
|
Легкообраба-тываемые |
Средней обраба-тываемости |
Ниже средней обрабатываемости |
Труднообрабатываемые |
|
Мягкие чугуны (НВ 140…160), латуни, бронзы, дуралюмины. Ко < 1 |
Углеродистые стали (сталь 45), низколегированные стали, чугу- ны средней твердости (НВ 160…180). Ко = 1 |
Высоколегированные стали, твердые чугуны (НВ 180…200). Ко > 1 |
Жаростойкие стали, кислостойкие стали, никелевые сплавы, композиционные материалы, твердые сплавы и т.п. Ко >> 1 |
|
Условные обозначения: Ко – коэффициент обрабатываемости |
Содержание занятия
Занятие состоит в освоении классификации черных металлов и сплавов, выделении в отдельные классификационные группы металлов заданного списка, расшифровки их химического состава по маркировке.
Порядок выполнения работы.
Задание
По маркировке металлов и сплавов заданного списка (табл.6) установить: классификационную группу, к которым они принадлежат, и их химический состав;
Отчет представить в виде таблицы (табл.7).
Таблица 9
Варианты заданий
|
№ варианта |
Список материалов |
|
1 |
Ст.3, стали 15кп, 65Г, 36Г2С, 20ХН3А, Х13Н4Г9; СЧ12-28, ВЧ35, ЧВГ-30, КЧ-30-6 |
|
2 |
Ст.3кп, стали 20, 50Г2, 33ХС, 40ХФА, Х18Н11Б; СЧ15-32, ВЧ45, ЧВГ-35, КЧ-35-8. |
|
3 |
Ст.3, стали 60Г, У7А, 15ХФ, 20ХГС, 4Х13; СЧ 18-36, ВЧ60, ЧВГ-40, КЧ-37-12. |
|
4 |
Ст.4, стали 30, У10А, 20ХФ, 18ХГТ, 1Х18Н9Т; СЧ 21-40, ВЧ80, ЧВГ-45, КЧ-60-3. |
|
5 |
Ст.5, стали 45, У12А, 35ХМ, 13Н2ХА, Х17Н2; СЧ 24-44, ВЧ100, ЧВГ-30, КЧ-45-7. |
|
6 |
Ст.6, стали 35, 1Х13, 40ХГ, 40ХНВА, Х5ВФ; СЧ 28- 48, ВЧ35, ЧВГ-35, КЧ-45-7. |
|
7 |
Ст.4, стали 50, 20Х, 35ХВ, 40ХНМА, Х7СМ; СЧ 32-52, ВЧ45, ЧВГ-40, КЧ-30-6. |
|
8 |
Ст.6, стали 10кп, 38ХА, 40ХН, 38ХГН, Х10С2М; СЧ 35-56, ВЧ60, ЧВГ-45, КЧ-35-8. |
|
9 |
Ст.3, стали 40, 35Х, 12ХМ, 12ХН2, 1Х18Н9; СЧ 38-60, ВЧ80, ЧВГ-30, КЧ-37-12. |
|
10 |
Ст.3кп, стали 65Г, 15Х, 20ХГ, 40ХГТ, 2Х18Н9; СЧ 21-40, ВЧ100, ЧВГ-35, КЧ-60-3. |
Отчет по работе
Отчет должен содержать:
Наименование, цель, содержание работы.
Список металлов и сплавов по заданию.
Таблицу (по образцу табл. 10) с характеристикой металлов и сплавов по заданию.
Таблица 10
Характеристикой металлов и сплавов по заданию.
|
Классификационная группа металла |
Марка металла, сплава |
Обрабатываемость металла, сплава, Ко |
Химический состав в % (для сталей), механические свойства (для чугунов) |
|
Сталь углеродистая обыкновенного качества |
Ст.6 |
1 |
Поставляются по механическим свойствам. |
|
Сталь углеродистая качественная |
Сталь 15 |
1 |
С- 0,15% |
|
Сталь углеродистая высококачественная |
И т.д. |
||
|
Сталь углеродистая инструментальная |
|||
|
Сталь конструкционная легированная |
|||
|
Чугун серый |
|||
|
Чугун высокопрочный |
|||
|
Чугун с вермикулярным графитом |
|||
|
Чугун ковкий |
Р а б о т а № 2. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
Цель работы: изучение процесса получения чугуна в доменных печах.
Теоретические положения
Чугун – это железоуглеродистый сплав, в котором углерода более 2,14%. Чугун выплавляют в печах шахтного типа – доменных печах.
Сущность процесса получения чугуна заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом, выделяющимися при сгорании топлива в печи, и твердым углеродом кокса.
Устройство доменной печи.
Она имеет стальной кожух, выложенный внутри огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает (рис.) колошник 6, шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15.
В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту (офлюсованный агломерат и окатыши). Шихту взвешивают, подают в вагонетки 9 подъемника, которые передвига-
|
Рис. Устройство доменной печи (Н – полезная высота доменной печи, достигает 35 м) |
ются по мосту 12 к засыпному аппарату 8 и, опрокидываясь, засыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 засыпного аппарата шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 – в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу. При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство в печь подаются новые порции шихты в таком количестве, чтобы весь полезный объем печи был заполнен. В верхней части горна 1 находятся фурменные устройства 14, |
через которые в печь поступает нагретый воздух, необходимый для горения. Воздух поступает в доменную печь из воздухонагревателя, внутри которого имеются камера сгорания и насадка. Насадка выложена из огнеупорных кирпичей, так что между ними образуются вертикальные каналы. В камеру сгорания к горелке подается очищенный от пыли доменный газ, который сгорает и образует горячие газы.
Газы, проходя через насадку, нагревают ее и удаляются через дымовую трубу. Затем подача газа к горелке прекращается, и через насадку пропускается воздух, подаваемый турбовоздуходувной машиной. Воздух, проходя через насадку, нагревается до температуры 1000…1200°С и поступает к фурменному устройству 14, а оттуда через фурмы 2 – в рабочее пространство.
Доменная печь имеет несколько воздухонагревателей: в то время как в одних насадках воздух нагревается, в других насадка отдает теплоту холодному воздуху, нагревая его. После охлаждения насадки воздухом нагреватели переключаются.
Физико-химические процессы доменной плавки. Условно процессы, протекающие в доменной печи, разделяют на горение топлива; разложение компонентов шихты; восстановление железа; науглероживание железа; восстановление марганца, кремния, фосфора, серы; шлакообразование. Все эти процессы происходят одновременно, но с разной интенсивностью, при различных температурах и на разных уровнях.
Горение топлива. Вблизи фурм 2 углерод кокса, взаимодействуя с кислородом воздуха, сгорает. В результате выделяется теплота и образуется газовый поток, содержащий СО, СО2, N2, Н2, и др. При этом в печи несколько выше уровня фурм развивается температура выше 2000°С. Горячие газы, поднимаясь, отдают теплоту шихтовым материалам и, нагревая их, охлаждаются до температуры 300…400°С у колошника.
Разложение компонентов шихты происходит в верхней части доменной печи, где разрушаются гидраты оксидов железа и алюминия. Известняк флюса разделяется по реакции СаСО3 = СаО + СО2.
Восстановление железа происходит в результате взаимодействия оксидов железа с оксидом углерода и твердым углеродом кокса, а также с водородом. Восстановление газами сопровождается выделением теплоты и происходит в верхних горизонтах печи. Восстановление твердым углеродом сопровождается поглощением теплоты и протекает в нижней части доменной печи, где температура более высокая. Восстановление железа из руды происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте печи и повышения температуры в несколько стадий – от высшего оксида к низшему: Fe2О3 → Fe3О4→ FeО → Fe.
Науглероживание железа. Восстановление железа начинается при 500…570°С и заканчивается при 1100…1200°С. При этих температурах восстановленное железо с Тпл = 1539°С находится в твердом состоянии или в виде губчатой массы. Параллельно с восстановлением железа происходит и его науглероживание при взаимодействии с оксидом углерода, коксом, сажистым углеродом. Это приводит к образованию жидкого расплава, который каплями начинает стекать в горн.
Эти капли, протекая по кускам кокса, насыщаются углеродом, марганцем, кремнием, фосфором, которые при температуре 1000…1200°С восстанавливаются из руды, а также серой, содержащейся в коксе.
Таким образом, в доменной печи образуется чугун.
Шлакообразование активно происходит в распаре после окончания процессов восстановления железа путем сплавления флюсов, добавляемых в доменную печь для обеспечения достаточной жидкотекучести, оксидов пустой породы и золы кокса. Шлак стекает в горн и скапливается на поверхности жидкого чугуна благодаря меньшей плотности.
Чугун выпускают из печи каждые 3…4 ч, а шлак – через 1…1,5 ч. чугун выпускают через чугунную летку 16 – отверстие в кладке, расположенное несколько выше лещади 15, а шлак – через шлаковую летку 17. Чугунную летку открывают бурильной машиной, после выпуска чугуна ее закрывают огнеупорной массой. Чугун сливают в чугуновозные ковши, шлаки – в шлаковозные чаши. Чугун транспортируют в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи для передела в сталь. Чугун, не используемый в жидком виде, разливают в изложницы, где он затвердевает в виде чушек-слитков массой 45 кг.
Продукты доменной плавки. Чугун – основной продукт доменной плавки. В доменных печах получают чугун различного химического состава.
Передельный чугун выплавляют для передела его в сталь.
Литейный чугун используют на машиностроительных заводах при производстве фасонных отливок.
Побочные продукты доменной плавки – шлак и доменный газ. Из шлака изготавливают шлаковату, цемент, а доменный газ после очистки используют как топливо для нагрева воздуха, вдуваемого в доменную печь.
Содержание работы
Работа заключается в изучении устройства доменной печи и физико-химических процессов, протекающих в ней при выплавке чугуна. Заполнении опросных рамок в раздаточных картах, иллюстрирующих устройство доменной печи и последовательность физико-химических процессов, протекающих при выплавке чугуна в доменной печи.
Заготовки: раздаточные карты, иллюстрирующих устройство доменной печи и содержание процессов выплавки чугуна в доменной печи.
Порядок выполнения работы.
Отчет о работе
Отчет о работе должен содержать:
ПРИЛОЖЕНИЕ
Образцы раздаточных карт
Р а б о т а № 3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ ДЛЯ ЛИТЬЯ В ПЕСЧАНЫЕ ФОРМЫ
Цель работы. Получить начальное представление о способе формообразования путем литья в песчаные формы.
Освоить навыки изготовления песчаной формы в двух опоках.
Теоретические положения
Отливкой называют изделие, полученное при затвердевании металла или иного материала в литейной форме.
Литейная форма, независимо от ее конструкции, имеет внутреннюю полость, конфигурация и размеры которой соответствуют будущей отливке. Литейные формы могут быть: разовыми, которые заполняют металлом один раз и затем разрушают, и постоянными, которые используют до нескольких тысяч раз.
Большую часть средних и крупных отливок получают в разовых песчаных литейных формах. Эти формы пригодны для изготовления отливок практически любой сложности. Они находят широкое применение в массовом, серийном и индивидуальном производстве. Преимуществами литья в песчаные формы являются их универсальность и низкая себестоимость.
Песчаные литейные формы изготавливают из формовочных смесей, состоящих из кварцевого песка, глины, воды и материалов, улучшающих технологические свойства смесей и качество отливок. В автотракторостроении этим методом получают чугунные блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, корпуса коробок передач, детали заднего моста, рычаги, траки гусениц, ведущие звездочки, опорные катки и др.
К недостаткам способа относятся низкая точность размеров отливок и большая шероховатость поверхности, что приводит к увеличению объема механической обработки. Для процесса характерна оптимальная трудоемкость получения отливок, большой расход формовочных материалов при изготовлении форм и стержней, неблагоприятные условия труда из-за загазованности и запыленности литейного цеха. Отмеченные негативные факторы приводят к использованию других способов литья. Однако этот процесс происходит медленно, и литье в песчаные формы еще долго будет доминировать.
На рис.1 показана отливка, которую следует получить в песчаной форме. Отливка может быть выполнена из чугуна, стали, алюминиевого сплава (силумина), сплавов на основе меди (бронзы, латуни).
|
Рис.1. Эскиз отливки |
На рис.2 показана в разрезе песчаная литейная форма для получения отливки. Она состоит из нижней и верхней полуформ. Полуформы изготавливают в нижней 1 и верхней 2 опоках, представляющих собой металлические ящики без дна и крышки. Опоки придают песчаным полуформам необходимую прочность и жесткость. |
Собранные полуформы соприкасаются друг с другом по плоскости разъема 3. Для точной установки полуформ используют центрирующие штыри 11 . а скрепление опок перед заливкой производится скобами 12. Рабочая полость 17 повторяет наружную конфигурацию будущей отливки. Металл подается в рабочую полость формы через систему каналов - литниковую систему. Она служит для заполнения рабочей полости формы металлом, а также для улавливания шлака и удаления воздуха, вытесненного из рабочей полости. Литниковая система состоит из литниковой чаши 7, стояка 8, шлакоуловителя 9, питателя 10 и выпоров 6. Стояк и выпор имеют форму усеченного конуса с уклоном 3-5°. Шлакоуловитель и питатель в поперечном сечении имеют вид трапеции. Для образования полости в отливке в форму устанавливают стержень 16, который закрепляется своими концами (знаками) в форме.
Рис. 2. Эскиз песчаной литейной формы в сборе: 1 – нижняя опока; 2 – верхняя опока; 3 – плоскость разъема; 4 – зазоры; 5 – вентиляционный канал; 6 – выпоры; 7 – литниковая чаша; 8 – стояк; 9 – шлакоуловитель; 10 – питатель; 11 – центрирующий штырь; 12 – скоба; 13 – местный разрез; 14 – плита; 15 – формовочная смесь; 16 – стержень; 17 – рабочая полость формы
Собранную форму устанавливают на металлическую плиту 14. Заливка формы металлом производится из ковша через литниковую чашу непрерывно до того момента, пока металл не покажется в выпоре.
Спустя некоторое время после заливки металл затвердевает и отливку вместе с элементами литниковой системы (рис.3) извлекают из формы. Сами полуформы и стержень при этом разрушают. Затем от отливки отделяют элементы литниковой системы, которые впоследствии переплавляют.
Рис.3. Эскиз отливки с элементами литниковой системы: 1 – отливка; 2 – выпор; 3 – чаша; 4 – стояк; 5 – питатель; 6 - шлакоуловитель
Для изготовления формы используют модель отливки – элемент технологической оснастки, по которой получают негативный отпечаток внешних очертаний будущей отливки в пластичной формовочной смеси. Модели бывают разъемные и неразъемные. Основными материалами для моделей служат: древесина, алюминиевые сплавы, чугун и др.
Модель отливки, показанная на рис.4, является разъемной и состоит из двух симметричных половинок - верхней и нижней. Половинки модели соединяют по плоскости разъема 4, совпадающей с плоскостью разъема литейной формы. В нижней половинке модели отливки есть отверстия, а из верхней
|
Рис. 4. Эскиз модели отливки: 1 – уклоны знака; 2 – уклоны основной части модели; 3 – знак модели; 4 – плоскость разъема; 5 - центрирующие шипы |
модели шипы 5 входят в отверстия и препятствуют сдвигу верхней половинки относительно нижней в процессе формовки.
Основная (профилирующая) часть модели отливки длиной L соответствует наружной конфигурации (профилю) будущей отливки.
Кроме того, модель отливки имеет знаки 3, по которым в форме отпечатываются углубления для установки стержня.
На модели предусмотрены литейные уклоны 1 и 2, которые обеспечивают беспрепятственное извлечение модели из уплотненной песчаной формы в процессе ее изготовления. Уклоны назначают на всех поверхностях модели, перпендикулярных плоскости разъема формы. Величина уклонов основной части модели 2 составляет 0,5-3°, а величина уклонов знаков модели 1 - 5-15°.
Стержень, показанный на рис. 5, служит для получения внутренней полости в отливке. Стержень состоит из основной (профилирующей) части 1 и знаков 2, являющихся опорными частями стержня.
|
Рис. 5. Эскиз стержня: 1 – основная (профилирующая) часть стержня; 2 – знак стержня |
При длине основной части стержня до 250 мм диаметр (длина) стержневого знака модели больше диаметра (длины) знака стержня на 0.2-2,4 мм. За счет этого между формой и стержнем образуются зазоры 4, что хорошо видно на рис.2. Зазоры между формой и стержнем в области знаков облегчают установку стержня в полость нижней полуформы, а также верхней полуформы на нижнюю с предварительно установленным стержнем. Благодаря зазорам устраняется возможность деформации и разрушения формы стержнем в области знаков.
Операции изготовления форм (формовку) выполняют на автоматических или механизированных линиях в серийном и массовом производстве, на отдельных машинах в мелкосерийном производстве или вручную в индивидуальном производстве.
Формовочные и стержневые смеси являются строительным материалом для разовых форм и стержней. Смеси должны обладать следующими основными технологическими свойствами: пластичностью, прочностью, газопроницаемостью, выбиваемостью и огнеупорностью. Кроме того, смеси должны отвечать требованиям санитарии и гигиены, а также быть, по возможности, недорогими.
Пластичность смесей обеспечивает получение точного отпечатка формы и стержня с рабочих поверхностей модели и стержневого ящика.
Прочность смесей обеспечивает сохранность конфигурации и размеров полости формы в процессе ее изготовления, транспортировки и заливки. Избыточная прочность нежелательна, так как увеличивается трудоемкость извлечения отливки из формы и стержня из отливки.
Газопроницаемость смесей обеспечивает удаление газов из формы и стержня. После заливки металла форма и стержень выделяют газы в количестве 15-45 см3 из 1 см3 смеси. Газы могут образовать в отливках газовую пористость и газовые раковины. Эти дефекты приводят к браку.
Огнеупорность определяется температурой плавления смеси. Температура плавления формовочной и стержневой смесей должна быть выше температуры заливаемого в форму металла. Для получения отливок из сплавов на основе железа (стали, чугуна) достаточную температуру плавления имеет кварцевый песок (около 1700°С). Естественно, для сплавов на основе алюминия или меди, кварцевый песок является абсолютно надежным огнеупорным материалом.
Выбиваемость определяется работой, затрачиваемой на разрушение разовых форм и стержней в процессе извлечения отливок.
Состав стержневых и формовочных смесей оказывают заметное влияние на санитарно-гигиенические условия труда в литейном цехе, так как они выделяют пыль и вредные газы (окись углерода, формальдегид, фенолы). В производстве применяют все методы изоляции источников пыле- и газовыделения, а также методы сокращения количества выделяющихся пыли и газов.
Типовая формовочная смесь содержит: 90% кварцевого песка; 5-10% глины; до 5% компонентов, улучшающих свойства смесей; 3-6% воды сверх 100% сухой смеси. Кварцевый песок SiO2 - огнеупорная основа смеси. Он состоит из зерен размером 0,06-0,8 мм. Глина является связующим материалом песчаных смесей. Свои связующие свойства глина проявляет только в присутствии воды. К добавкам, позволяющим регулировать свойства смеси, относятся: молотый уголь, мазут, асбестовая крошка, опилки, битум и ряд других материалов.
Типовая стержневая смесь содержит: 94-98% кварцевого песка; 2-6% связующих материалов на основе синтетических смол и других добавок. К стержневым смесям предъявляются более высокие требования, чем к формовочным. Стержень испытывает тяжелые механические и температурные воздействия, поскольку находится внутри расплавленного металла. При остывании окружающий металл пытается сдавить стержень. Поэтому до заливки металла стержневая смесь должна иметь более высокую прочность, чем формовочная. После заливки металла стержневая смесь должна резко снижать свою прочность до уровня самовысыпания за счет выгорания смолы. Упрочнения достигают за счет введения в смесь 2-6% связующих материалов на основе синтетических смол и других добавок. При сушке стержня происходит взаимодействие связующих добавок с кварцевым песком, вследствие чего стержневая смесь приобретает повышенную прочность.
Огнеупорная глина в стержневую смесь или не вводится, или вводится ограниченно только для повышения пластичности. Это объясняется тем, что при заливке формы металлом может произойти затвердевание стержня в случае наличия в нем глины. В результате затрудняется выбивание стержня из готовой отливки.
Последовательность изготовления песчаной формы в опоках. Независимо от степени механизации формовка проводится в определенной последовательности.
На рис.6 показана установка нижней половины модели отливки, модели питателя и нижней опоки на подмодельную плиту. На шипы 5 подмодельной плиты 4 устанавливают половину модели отливки 1 и модели питателей (модель питателя) 2 с отверстиями под шипы. Нижнюю опоку 3 устанавливают на центрирующие штыри 6. Модель питателя, имеющего в сечении форму трапеции, кладут большим основанием вниз. Модели отливки и питателя необходимо располагать так, чтобы между опокой и моделями сохранялось расстояние не менее 30 мм.
Рис. 6. Установка нижней половины модели отливки, модели питателя и нижней опоки на подмодельную плиту: 1 – половина модели отливки; 2 – модель питателя; 3 – нижняя опока; 4 – подмодельная плита; 5 – центрирующие шипы; 6 – центрирующий штырь.
На рис.7 показана набитая нижняя опока - полуформа. Для ее получения на модель насыпают слой формовочной смеси 1 толщиной 20-25 мм и уплотняют острым концом трамбовки. Насыпают и уплотняют следующие слои смеси до верха опоки. Верхний слой утрамбовывают плоским концом трамбовки. Срезают избыток смеси поверх опоки плоской заостренной линейкой, и душником делают наколы (вентиляционные каналы 2) в набитой нижней опоке. Душник имеет форму длинного шила диаметром около 3 мм. Конец душника не должен доходить до поверхности модели на 10-15 мм. На 100 см2 поверхности приходится 3-4 канала.
Рис. 7. Набитая нижняя опока – полуформа: 1 – формовочная смесь;
2 – вентиляционные каналы
На рис.8 показаны набитые верхняя и нижняя опоки полуформы. Для изготовления верхней полуформы переворачивают нижнюю набитую опоку 8. Устанавливают верхнюю половину модели детали 2 так, чтобы центрирующие шипы вошли в отверстия нижней половины. Модели шлакоуловителя 6, стояка 3 и выпоров 1 устанавливают аналогично. Модель выпора устанавливают в самой верхней точке модели отливки. Если таких точек две и больше, то ставят несколько выпоров. Плоскость разъема опок посыпают сухим кварцевым песком. Затем устанавливают по центрирую-
Рис. 8. Набитые верхняя и нижняя опоки – полуформы: 1 – модели выпоров; 2 – модель отливки; 3 – модель стояка; 4 – литниковая чаша; 5 – верхняя опока; 6 – модель шлакоуловителя; 7 – центрирующий штырь; 8 – нижняя опока
щим штырям 7 верхнюю опоку 5, которую заполняют послойно формовочной смесью и уплотняют так же, как и нижнюю. После удаления избытка смеси и накола вентиляционных каналов в верхней полуформе вырезают литниковую чашу 4.
Производят раскрытие полуформ, из которых извлекают при помощи подъемников половинки модели отливки и модели элементов литниковой системы. Подъемником называют инструмент в виде стержня с резьбой на конце, ввинчивающийся в отверстие в модели. Подъемники могут соединяться с моделью и другим более удобным способом. Если есть повреждения полуформ, их исправляют.
При сборке формы (см. рис.2) в нижнюю полуформу устанавливают стержень 16 и затем по штырям 11 накрывают верхней полуформой. Опоки скрепляют скобами 12. После спаривания опок внутри образуется рабочая полость литейной формы 17, которая будет заполнена металлом через литниковую систему.
Форму устанавливают на заливочный участок, где производится заливка металла в форму из ковша. Металл должен быть предварительно очищен от шлака. Струя металла падает с небольшой высоты в литниковую чашу. Перерыв в процессе заливки не допускается. Заливка прекращается, как только металл появится в выпоре.
После остывания металла форма разрушается и извлекается отливка. Затем из отливки удаляется производится обрубка элементов литниковой системы отливок.
Порядок выполнения работы.
Варианты заданий
|
№ варианта |
Чертеж детали |
|
1. Рычаг |
|
|
2. Рычаг – вилка |
|
|
3. Крышка подшипника |
|
|
4. Рычаг вильчатый |
Отчет о работе
Отчет о работе должен содержать:
Р а б о т а 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГОТОВКИ - ОТЛИВКИ
Цель работы: познакомиться с методикой конструирования заготовки, получаемой литьем, и получить навыки расчета конструктивных параметров заготовок – отливок.
Теоретические положения
При разработке заготовки детали должны быть определены ее размеры и назначены на них предельные отклонения.
Установление размеров заготовки выполняется прибавлением к номинальному размеру поверхности детали припуск металла на ее обработку, который должен быть удален в процессе ее обработки для обеспечения поверхности заданного качества.
Различают промежуточный и общий припуск на обработку.
Промежуточным припуском называют слой материала, снимаемый при выполнении данного технологического перехода механической обработки.
Общим припуском называется сумма промежуточных припусков по всему технологическому маршруту обработки данной поверхности. Общий припуск определяется как разность размеров заготовки и готовой детали.
Для отливок величина припуска зависит от класса ее размерной точности, класса точности массы, степени коробления и степени точности поверхности.
Содержание работы
Разработать конструкцию заготовки-отливки и выполнить расчет размеров ее конструктивных параметров.
Порядок выполнения работы
1. Установить для конкретного способа литья в зависимости от габаритных размеров и материала отливки достижимые классы точности размеров и масс и соответствующие им ряды припусков по табл.1.
Таблица 1
Классы точности размеров и масс и ряды припусков на механическую обработку отливок
|
Способ литья |
Наибольший габаритный размер, мм |
Тип металла и сплава |
||
|
Цветные с температурой плавления ниже 700°С. |
Цветные с температурой плавления выше 700°С. Серый чугун |
Чугун ковкий, высокопрочный и легированный. Сталь. |
||
|
Классы точности размеров и масс (числитель) и ряды припусков (знаменатель) |
||||
|
Литье в песчаные формы |
До 630 |
6 – 11 2 - 4 |
7т – 12 2 - 4 |
7 – 13т 2 - 5 |
|
Оболочковое литье. Литье в кокили |
До 100 |
4 – 9 1 - 2 |
5т – 10 1 - 3 |
5 – 11т 1 - 3 |
|
Св.100 до 630 |
5т – 10 1 - 3 |
5 – 11т 1 - 3 |
6 – 11 2 - 4 |
|
|
Литье по выплавляемым моделям |
До 100 |
3 – 6 1 |
4 – 7т 1 |
5т – 7 1 - 2 |
|
Св.100 |
4 – 7 1 |
5т – 7 1 - 2 |
5 – 8 1 - 2 |
Примечание: В числителе указаны классы размеров и масс, в знаменателе – ряды припусков. Меньшие их значения относятся к простым отливкам и условиям массового автоматизированного производства; большие – к сложным и условиям мелкосерийного и единичного производства; средние – к отливкам средней сложности и условиям механизированного серийного производства.
2. Установить допуски на размеры отливки в зависимости от класса их точности (табл. 2).
Таблица 2
Допуски на размеры
|
Размеры, мм |
Допуски на размеры отливок для класса точности, мм |
|||||||||
|
2 |
3т |
3 |
4 |
5т |
5 |
6 |
7т |
7 |
8 |
|
|
Св. 6 до 10 |
0,10 |
0,12 |
0,16 |
0,20 |
0,24 |
0,32 |
0,40 |
0,50 |
0,64 |
0,80 |
|
Св. 10 до 16 |
0,11 |
0,14 |
0,18 |
0,22 |
0,28 |
0,36 |
0,44 |
0,56 |
0,70 |
0,90 |
|
Св.16 до 25 |
0,12 |
0,16 |
0,20 |
0,24 |
0,32 |
0,40 |
0,50 |
0,64 |
0,80 |
1,00 |
|
Св.25 до 40 |
0,14 |
0,18 |
0,22 |
0,28 |
0,36 |
0,44 |
0,56 |
0,70 |
0,90 |
1,10 |
|
Св. 40 до 63 |
0,16 |
0,20 |
0,24 |
0,32 |
0,40 |
0,50 |
0,64 |
0,80 |
1,00 |
1,20 |
|
Св.63 до 100 |
0,18 |
0,22 |
0,28 |
0,36 |
0,44 |
0,56 |
0,70 |
0,90 |
1,10 |
1,40 |
|
Св. 100 до 160 |
0,20 |
0,24 |
0,32 |
0,40 |
0,50 |
0,64 |
0,80 |
1,00 |
1,20 |
1,60 |
|
Св.160 до 250 |
- |
0,28 |
0,36 |
0,44 |
0,56 |
0,70 |
0,90 |
1,10 |
1,40 |
1,80 |
|
Св.250 до 400 |
- |
0,32 |
0,40 |
0,50 |
0,64 |
0,80 |
1,00 |
1,20 |
1,60 |
2,00 |
3. Назначить основной припуск на механическую обработку в зависимости от допуска на размер отливки и ряда припусков (табл. 3).
Таблица 3
Основные припуски на механическую обработку
|
Допуски размеров отливок, мм |
Основной припуск для рядов, мм |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Св. 0,12 до 0, 16 |
0,3 0,5 |
0,6 0,8 |
||||
|
Св. 0,16 до 0,20 |
0,4 0,6 |
0,7 1,0 |
1,0 1,4 |
|||
|
Св. 0,20 до 0,24 |
0,5 0,7 |
0,8 1,1 |
1,1 1,5 |
|||
|
Св. 0,24 до 0,3 |
0,6 0,8 |
0,9 1,2 |
1,2 1,6 |
1,8 2,2 |
2,6 3,0 |
|
|
Св. 0,3 до 0,4 |
0,7 0,9 |
1,0 1,3 |
1,3 1,8 |
1,9 2,4 |
2,8 3,2 |
|
|
Св. 0,4 до 0,5 |
0,8 1,0 |
1,1 1,4 |
1,5 2,0 |
2,0 2,6 |
3,0 3,4 |
|
|
Св. 0,5 до 0,6 |
0,9 1,2 |
1,2 1,6 |
1,6 2,2 |
2,2 2,8 |
3,2 3,6 |
|
|
Св. 0,6 до 0,8 |
1,0 1,4 |
1,3 1,8 |
1,8 2,4 |
2,4 3,0 |
3,4 3,8 |
4,4 5,0 |
|
Св. 0,8 до 1,0 |
1,1 1,6 |
1,4 2,0 |
2,0 2,8 |
2,6 3,2 |
3,6 4,0 |
4,6 5,5 |
|
Св. 1,0 до 1,2 |
1,2 2,0 |
1,6 2,4 |
2,2 3,0 |
2,8 3,4 |
3,8 4,2 |
4,8 6,0 |
|
Св. 1,2 до 1,6 |
1,6 2,4 |
2,0 2,8 |
2,4 3,2 |
3,0 3,8 |
4,0 4,6 |
5,0 6,5 |
|
Св. 1,6 до 2,0 |
2,0 2,8 |
2,4 3,2 |
2,8 3,6 |
3,4 4,2 |
4,2 5,0 |
5,0 7,0 |
Примечание: для каждого интервала допусков на размеры отливки в каждом ряду допусков в табл. 3 предусмотрены два значения основного припуска. Большие значения припусков устанавливаются при более точных квалитетах с учетом рекомендаций табл. 4.
Таблица 4
Зависимость точности размеров отливок от точности размеров детали
|
Класс точности размеров отливок |
1 – 3т |
3 – 5т |
5 - 7 |
7 – 9т |
9 - 16 |
|
Квалитет точности размеров деталей, получаемых механической обработкой отливок |
IT9 _и грубее_ IT8 и точнее |
IT10 _и грубее _ IT8 – IT9 |
IT11 _и грубее_ IT9 – IT10 |
IT12 _и грубее_ IT9 – IT11 |
IT13 _и грубее_ IT10 – IT12 |
4. Назначить дополнительный припуск (табл.8), который компенсирует отклонение расположения элементов отливки: смещение по плоскости разъема (табл.5), коробление (табл.6).
Дополнительный припуск учитывается только в том случае, если наибольшее из двух указанных отклонений расположения превышает половину допуска на соответствующий размер отливки.
Таблица 5
Предельные отклонения смещения по плоскости разъема
|
Расстояние между центрирующими устройствами формы, мм |
Предельные отклонения смещения ± мм для классов точности размеров отливок |
||||
|
1 - 3 |
4 – 5т |
5 - 6 |
7т - 7 |
8 – 9т |
|
|
До 630 включительно |
0,24 |
0,30 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
|
Расстояние между центрирующими устройствами формы, мм |
Предельные отклонения смещения ± мм для классов точности размеров отливок |
||||
|
9 - 10 |
11т - 11 |
12 – 13т |
13 - 14 |
15 - 16 |
|
|
До 630 включительно |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,6 |
2,0 |
Таблица 6
Предельные отклонения коробления
|
Наибольший габаритный размер отливки, мм |
Предельные отклонения коробления ± мм для степеней коробления отливок |
||||||||
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
До 100 включительно |
0,10 |
0,16 |
0,24 |
0,40 |
0,6 |
||||
|
Св.100 до 160 |
0,10 |
0,16 |
0,24 |
0,40 |
0,6 |
1,0 |
|||
|
Св.160 до 240 |
0,10 |
0,16 |
0,24 |
0,40 |
0,60 |
1,0 |
0,6 |
||
|
Св.240 до 400 |
0,10 |
0,16 |
0,24 |
0,40 |
0,6 |
1,0 |
0,6 |
2,4 |
|
|
Св. 400 до 630 |
0,10 |
0,16 |
0,24 |
0,40 |
0,60 |
1,0 |
1,6 |
2,4 |
4,0 |
Степень коробления отливки устанавливается по табл. 7.
Таблица 7
Степень коробления отливки
|
Отношение наименьшего габаритного размера отливки к наибольшему |
Св. 0,20 |
0,20…0,1 |
0,1…0,05 |
До 0,05 |
|
Степень коробления |
1 - 7 |
2 - 8 |
3 - 9 |
4 - 10 |
Значения дополнительных припусков приведены в табл.8.
Таблица 8
Дополнительный припуск
|
Допуски размеров отливки, мм |
Наибольшая погрешность расположения, мм |
Дополнительный припуск, мм |
|
Св. 0,24 до 0,30 |
Св. 0,12 до 0,24 Св. 0,24 до 0,40 Св.0,40 до 0,50 Св. 0,50 до 0,60 |
0,1 0,2 0,3 0,5 |
|
Св. 0,30 до 0,40 |
Св. 0,15 до 0,30 Св. 0,30 до 0,40 Св.0,40 до 0,50 Св. 0,50 до 0,60 Св.0,60 до 0,80 |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 |
|
Св. 0,40 до 0,50 |
Св. 0,20 до 0,40 Св. 0,40 до 0,50 Св.0,50 до 0,60 Св. 0,60 до 0,80 Св.0,80 до 1,00 |
0,1 0,2 0,3 0,5 0,8 |
|
Св. 0,50 до 0,60 |
Св. 0,25 до 0,50 Св. 0,50 до 0,60 Св.0,60 до 0,80 Св. 0,80 до 1,00 Св.1,00 до 1,20 |
0,1 0,3 0,4 0,6 1,0 |
|
Св. 0,60 до 0,80 |
Св. 0,30 до 0,50 Св. 0,50 до 0,60 Св.0,60 до 0,80 Св. 0,80 до 1,00 Св.1,00 до 1,20 Св. 1,20 до 1,60 |
0,1 0,2 0,4 0,5 0,8 1,2 |
|
Св. 0,80 до 1,00 |
Св. 0,40 до 0,60 Св. 0,60 до 0,80 Св. 0,80 до 1,00 Св.1,00 до 1,20 Св. 1,20 до 1,60 Св. 1,60 до 2,00 |
0,1 0,2 0,4 0,6 1,0 1,6 |
|
Св. 1,00 до 1,20 |
Св. 0,50 до 0,80 Св. 0,80 до 1,00 Св.1,00 до 1,20 Св. 1,20 до 1,60 Св. 1,60 до 2,00 Св. 2,00 до 2,40 |
0,2 0,3 0,5 0,8 1,2 2,0 |
|
Св. 1,20 до 1,60 |
Св. 0,60 до 1,00 Св.1,00 до 1,20 Св. 1,20 до 1,60 Св. 1,60 до 2,00 Св. 2,00 до 2,40 Св. 2,40 до 3,00 |
0,2 0,3 0,6 1,0 1,6 2,4 |
|
Св. 1,60 до 2,00 |
Св. 0,80 до 1,20 Св. 1,20 до 1,60 Св. 1,60 до 2,00 Св. 2,00 до 2,40 Св. 2,40 до 3,00 |
0,2 0,3 0,8 1,2 2,0 |
5. Рассчитать общий припуск (Zобщ) на механическую обработку (на сторону) по каждой поверхности детали как сумму основного и дополнительного припусков.
6. Рассчитать размеры отливки –
для тела вращения как Азагi = Адетi + 2 Zобщi ;
для плоских поверхностей как Азагi = Адетi + Zобщi .
7. Выполнить чертеж отливки и отработать ее форму на технологичность.
При выполнении чертежа отливки вычерчивается копия чертежа детали тонкими линиями. На обрабатываемых поверхностях показывается общий припуск на ее обработку, и оформляются утолщенными линиями проекции разработанной заготовки. На чертеже проставляют размеры отливки с допускаемыми отклонениями и все припуски на обработку ее поверхностей.
Разъем модели и формы указывают буквенным обозначением МФ; положение отливки в форме – буквами В (верх) и Н (низ), проставленными у стрелок (рис. 1). Если деталь обладает симметрией, то плоскость симметрии целесообразно принять за плоскость разъема модели и формы.
На чертеже указываются технические требования к отливке, в которые входят данные о классе точности, твердости отливки, требуемой термической обработке и ее месте в технологическом процессе, размерах линейных уклонов и радиусов, способе очистке от пригаров и формовочной земли, окраске и т.п. Например:
При конструировании отливок необходимо на необрабатываемых поверхностях, перпендикулярных плоскостям разъема формы, выполнять конусность, величина которой зависит от способа литья и высоты поверхности (рис. 2). Для отливок из чугуна, алюминиевых и магниевых сплавов – R = 0,3h. Для отливок из литейной стали и медных сплавов – R = 0,4h.
|
Рис. 1. Чертеж отливки |
Рис. 2. Сопряжения: а) радиусное; б) клиновое |
Длину участка перехода от одной толщины к другой принимают для отливок из чугуна, алюминиевых и магниевых сплавов – l ≥ 4h; для отливок из литейной стали и медных сплавов – l ≥ 0,5h..
Таблица 9
Углы конусов поверхностей, перпендикулярных плоскости разъема формы
|
Высота конуса, мм |
Угол конуса, не менее, при литье |
||||
|
в песчаные формы |
под давлением |
в кокиль |
по выплавляемым моделям |
в оболочковые формы |
|
|
До 20 20…50 50…100 100…200 200…5000 |
10° 8° 5° 5° 5° |
1° 45' 30' 30' 20' |
5° 4° 3° 2°30' 2° |
30' 20' 20' 15' 15' |
3° 2°30' 2° 2° 1°30' |
Отчет о работе
Отчет о работе должен содержать:
Р а б о т а № 5. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ШТАМПОВКОЙ
Цель работы:
Теоретические положения
Поковкой называют заготовку детали, полученную ковкой или штамповкой. Они имеют приближенно форму и размеры готовых деталей и, для получения окончательных размеров и качества поверхностей деталей, требующих обработки резанием. Их применяют в качестве заготовок для деталей тел вращения: типа дисков, стаканов, валов, рычагов, вилок и т.п. деталей. Исходными заготовками для получения поковок являются слитки или сортовой прокат круглого, квадратного или прямоугольного сечения.
В единичном и мелкосерийном производствах поковки получают свободной ковкой на ковочных молотах. В этом случае форма заготовки приближается к упрощенному очертанию детали. В серийном, крупносерийном и массовом производствах поковки получают ковкой в штампах на молотах и прессах, на ГКМ и др. Форма штампованной заготовки близка к форме детали, поэтому при их обработке снижается трудоемкость механической обработки и лучше используется металл. Но для изготовления штамповок требуется дорогостоящий специальный инструмент – штамп, стоимость которого переносится на себестоимость детали. Поэтому такой вид заготовок целесообразно использовать при достаточно большом выпуске изделий.
Штампом называют инструмент, в котором имеется полость – ручей, представляющая собой точную копию поковки или ее отдельных участков. Штампы обычно состоят из верхней и нижней частей, центрирующихся относительно друг друга с помощью направляющих колонок или каким-либо другим способом.
Последовательность работы при изготовлении поковки: на плоский нижний боек молота или пресса устанавливают нижнюю часть штампа и укладывают в ее полость, нагретую до состояния пластичности исходную заготовку; по колоннам устанавливают верхнюю часть штампа и нажатием верхнего плоского бойка пресса или ударами молота деформируют заготовку, которая заполняет полость, образовавшуюся между верхней и нижней частями штампа, принимая форму этой полости; поднимают верхнюю часть штампа и вынимают поковку из нижней части.
В зависимости от степени сложности формы поковки применяют несколько способов штамповки: одноручьёвую, многоручьевую, расчлененную и комбинированную. Одноручьёвая штамповка заключается в деформировании заготовки в одном ручье, применяется для несложных поковок. Многоручьевая штамповка (рис.1) является наиболее распространенным способом, который состоит в деформировании заготовки последовательно в нескольких ручьях. В первых ручьях осуществляется фасонирование заготовок под штамповку в окончательном ручье. Расчлененную и комбинированную применяют для получения сложной заготовки, используя несколько штампов на разных машинах.
Рис. 1. Штампование шатуна с крышкой
Процесс получения заготовки состоит из чередования в определенной последовательности основных и вспомогательных операций. Каждая операция определяется характером деформирования и применяемым инструментом. К основным схемам деформирования относятся осадка, протяжка, разгонка, прошивка, отрубка, гибка, подкатка.
|
О с а д к а (рис.2, а) - операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения. Осаживают заготовки между бойками или подкладными плитами. Разновидностью осадки является операция в ы с а д к и (рис. 2, б), при которой металл |
Рис. 2. Операция осадки заготовки |
осаживают лишь на части длины заготовки.
|
П р о т я ж к а – операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения. Протяжку производят последовательными ударами или нажатиями на от- |
Рис. 3. Операция протяжки заготовки |
|
дельные участки заготовки, примыкающие один к другому, с подачей заготовки вдоль оси протяжки и с поворотами ее на 90° вокруг этой оси. |
|
|
Протягивать можно плоскими и вырезными бойками. |
|
|
Р а з г о н к а (рис.4) – операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины. П р о т я ж к а с о п р а в к о й (рис.5) - операция увеличения длины пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок. Протяжку выполняют в вырезных бойках при нижнем вырезном 3 и верхнем плоским 2 на |
Рис. 4. Операция разгонки заготовки |
|
слегка конической оправке 1. Протягивают в одном направлении – к расширяющемуся концу оправки, что облегчает ее удаление из поковки. |
Р а с к а т к а н а о п р а в к е (рис.6) - операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок. Заготовка 5 опирается внутренней поверхностью на цилиндрическую оправку 6, устанавливаемую концами на подставках 7, и деформируется между оправкой и узким длинным бойком 4. После каждого нажатия заготовку поворачивают относительно оправки.
|
Рис. 5. Операция протяжки с оправкой |
Рис. 6. Операция раскатка на оправке |
Протяжку с оправкой и раскатку на оправке часто применяют совместно. Вначале раскаткой уничтожают бочкообразность предварительно осаженной и прошитой заготовки и доводят ее внутренний диаметр до требуемых размеров. Затем протяжкой с оправкой уменьшают толщину стенок и увеличивают до заданных размеров длину поковки.
|
П р о ш и в к а (рис.7) - операция получения полостей в заготовке за счет вытеснения металла. Прошивкой можно получить сквозное отверстие и углубление. Инструментом для прошивки служат прошивни. При сквозной прошивке тонких поковок используют подкладные кольца. |
Рис. 7. Операция прошивки |
|
О т р у б к а (рис.8) – операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента – топора. Отрубку применяют для получения из заготовки большой длины несколько коротких, для удаления излишков металла |
Рис. 8. Операция обрубки |
на концах поковок.
Г и б к а (рис.9) – операция придания заготовке изогнутой формы по заданному контуру. Этой операцией получают угольники, скобы, крючки, кронштейны и т.п.
П о д к а т к а служит для местного увеличения сечения заготовки за счет уменьшения сечения рядом лежащих участков, т.е. происходит перераспределение объема металла вдоль оси заготовки. При обработке в подкатном ручье заготовку поворачивают вокруг оси после каждого удара.
Перечисленными операциями трудно изготовить поковки с относительно сложной формой. Поэтому при изготовлении небольшой партии таких поковок применяют так называемую ш т а м п о в к у в п о д к л а д н ы х ш т а м п а х (рис.10).
|
Рис. 9. Операция гибки |
Рис.10. Штамповка в подкладном штампе |
|
На рис.11 показан многоручьевой штамп с пятью ручьями для получения заготовки изогнутого рычага. Протяжной ручей 1 служит для увеличения длины отдельных участков заготовки за счет уменьшения площади их поперечного сечения. Подкатной ручей 2 обеспечивает перераспределение объема металла вдоль оси заготовки. При обработке в подкатном ручье заготовку поворачивают вокруг оси после каждо- |
Рис. 11. Многоручьевой штамп для получе- ния заготовки изогнутого рычага |
го удара. Гибочный ручей 3 придает заготовке изогнутую форму.
Ручей 5 чистовой. Служит для получения готовой поковки.
Назначение чернового ручья 4 заключается в основном в снижении износа чистового. При наличие чернового ручья в нем происходит основное формообразование, в чистовом же ручье окончательно получают требуемые размеры поковки. Черновой ручей применяют при штамповке поковок сложной конфигурации.
В зависимости от формы заготовок и применяемого штампа используют открытую с облоем или закрытую без облоя схемы штамповки (рис.12).
Рис.12. Схемы штамповки в открытых - а) и в закрытых - б) штампах:
1 – облойная канавка
Штамповка в открытых штампах (облойная) (рис.12, а). Характерна тем, что после заполнения металлом полости ручья штампов избыток его вытесняется в специальную полость 1, образуя при этом отход, называемый облоем. Облой с поковки затем обрезается при помощи особых штампов. При штамповке в открытых штампах из заготовки с размерами малой точности получают поковки высокой точности за счет различного объема облоя. Однако на облой расходуется 10…30% металла от массы поковки.
Штамповка в закрытых штампах (безоблойная) (рис.12, б). Характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа при этом постоянный и небольшой. Образование в нем облоя не предусмотрено. При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки. Иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа. А при избытке - размер поковки по высоте будет больше требуемого. Процесс получения заготовки в этом случае усложняется, поскольку отрезка заготовки должна обеспечивать высокую точность. Существенное преимущество получения поковки в закрытых штампах – уменьшение расхода металла, поскольку нет отхода в облой.
Технологические особенности изготовления поковок
В зависимости от способа штамповки (плашмя или осадкой в торец), формы и соотношения основных размеров поковок, их изготовление имеет свои технологические особенности, которые показаны в табл.1.
Таблица 1
Технологические особенности изготовления поковок
|
Технологические особенности изготовления поковок |
Поковки типа |
|
Поковки, штампуемые перпендикулярно оси заготовки (штамповка плашмя) |
|
|
Необходимы заготовительные операции для распределения металла исходной заготовки в соответствии с площадями поперечных |
С простыми поперечными сечениями (круглые, трапецеидальные и т.д.), получаемые при незначительном выдавливании металла. |
|
Со сложными поперечными сечениями (ребристые, двутавровые и т.д.), получаемые при значительном выдавливании металла |
|
|
Необходимы заготовительные операции: высадка фланца или бурта |
С фланцем относительно небольшого объема |
|
Необходимы заготовительные операции: высадка с предварительной протяжкой |
С фланцем большого объема |
|
Поковки, штампуемые вдоль оси заготовки (штамповка осадкой в торец) |
|
|
Необходимы заготовительные операции: высадка фланца или бурта |
С относительно небольшим объемом фланца |
|
Необходимы заготовительные операции: высадка и протяжка |
С большим объемом фланца |
Общий технологический процесс изготовления поковок горячей штамповкой состоит, как правило, из следующих операций:
Коэффициент использования металла поковок лежит в пределах 0,4…0,8
Пример штамповки в открытом штампе
Задача: разработать технологический процесс изготовления заготовки прицепного шатуна штамповкой (рис.13). Габариты: 592,3х78, масса –10,9 кг.
Рис. 13. Чертеж шатуна прицепного
Технологическая карта на изготовление прицепного шатуна
|
ВПТИтяжмаш |
Карта технологического процесса |
||
|
№ цеха |
Материал |
||
|
Сталь 18Х2Н4МА ГОСТ 4543-71 |
|||
|
Исходная заготовка |
|||
|
Вид |
Профиль и размеры |
||
|
Прокат |
Круг 100, L = 6000 мм |
||
|
№ опера- ции |
Наименование и содержание операции |
Оборудование |
Бойки, штампы, приспособления |
|
005 |
Технический контроль: проверить штанги по сертификату |
||
|
010 |
Транспортирование: переместить штанги на разрезку |
Кран грузоподъемностью 5т |
|
|
015 |
Разрезка: разрезать (с подогревом) штанги на заготовки; l =645 3 мм |
Печь нагревательная; ножницы сортовые усилием 10 МН |
Ножи диаметром 100мм |
|
020 |
Транспортирование: переместить заготовки к нагревательной установке |
Кран грузоподъемностью 5т |
|
|
025 |
Нагрев: нагреть заготовки до 118020°С |
Печь нагревательная |
|
|
030 |
Объемная штамповка: подкатать в закрытом ручье; штамповать в предварительном ручье; штамповать в окончательном ручье при температуре обработки 1150…950°С |
Молот штамповочный; масса падающих частей 5 т |
Штамп молотовый. Кран-манипулятор подвесной. |
|
035 |
Транспортирование: переместить поковки на образку облоя |
Кран-манипу-лятор подвесной грузоподъемностью 250 кг |
|
|
040 |
Обрезка: обрезать облой; прошить отверстия при температуре обработки 900…850°С |
Пресс обрезной усилием 6,3 МН |
Штамп обрезной; штамп прошивной; кран-манипулятор подвесной грузоподъемностью 250 кг |
|
045 |
Транспортирование: переместить поковки на калибровку |
||
|
050 |
Калибровка: калибровать поковки при температуре обработки 800…750°С. |
Молот штамповочный; масса падающих частей 5 т |
Штамп чеканочный; кран-мани-пулятор подвесной грузоподъемностью 250 кг |
Содержание работы
Работа заключается в изучении способов формоизменения заготовки за счет пластической деформации под действием внешних сил; изучении ковочных операций и технологических особенностей изготовления поковок; особенностей построения технологического процесса получения заготовки штамповкой, изучении операционных эскизов технологических переходов формоизменения исходной заготовки по заданию и установлении видов ковочных операций, использованных на его операциях.
Оборудование
Образцы многоручьевых штампов; заготовки, получаемые в них; операционные эскизы переходов формоизменения исходной заготовки.
Порядок выполнения работы.
Варианты заданий
Задание 1
|
Ковочные операции по переходам: |
||
|
I |
||
|
II |
Задание 2
|
Ковочные операции по переходам |
||
|
I |
||
|
II |
||
|
III |
Задание 3
|
Ковочные операции по переходам |
||
|
I |
||
|
II |
||
|
III |
||
|
IV |
||
|
а) заготовка; б) технологические переходы операции формоизменения |
Р а б о т а № 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАГОТОВКИ-ПОКОВКИ
Цель работы: познакомиться с методикой конструирования заготовки, получаемой давлением, и освоить навыки расчета размеров конструктивных параметров заготовок – поковок.
Теоретические положения
При разработке заготовки детали должны быть определены ее размеры и назначены на них предельные отклонения. Установление размеров заготовки выполняется прибавлением к номинальному размеру поверхности детали общего припуска металла на ее обработку.
Для поковок величина общего припуска зависит от:
Группа стали зависит от содержания в ней углерода и легирующих элементов (Si, Мn, Cr, Ni, V и т.д.) (табл.1).
Таблица 1
Установление группы стали
|
Группа стали |
Характеристика химического состава стали |
||
|
Массовая доля углерода углерода |
Массовая доля легирующих элементов |
||
|
М1 |
До 35% включительно |
и |
До 2,0% включительно |
|
М2 |
Свыше 0,35% до 0,65% включительно |
или |
Свыше 2,0% до 5,0% включи-тельно |
|
М3 |
Свыше 0,65% |
или |
Свыше 5,0% |
Масса заготовки на этом этапе определяется ориентировочно как Мз= Мд •Кр. Кр – расчетный коэффициент, определяется по табл.2.
Таблица 2
Коэффициент для определения массы заготовки
|
Группа |
Характеристика детали |
Типовые представители |
Кр |
|
1-я |
Удлиненной формы: С прямой осью С изогнутой осью |
Валы, оси, шатуны Рычаги |
1,3 – 1,6 1,1 – 1,4 |
|
2-я |
Круглые и многогранные в плане: Круглые Квадратные, прямоугольные Многогранные с отростками |
Шестерни, фланцы, ступицы Гайки, крестовины Вилки |
1,5 – 1,8 1,3 – 1,7 |
|
3-я |
Комбинированные из элементов 1-й и 2-й групп |
Кулаки, коленчатые валы, распределительные валы |
1,3 – 1,8 |
|
4-я |
С большим объемом необрабатываемых поверхностей |
Коробки передач, рычаги переключения |
1,1 – 1,3 |
Класс точности поковок зависит от используемого для ее получения оборудования и технологического процесса (табл. 3).
Таблица 3
Выбор класса точности поковок
|
Деформирующее оборудование, Технологические процессы |
Класс точности |
||||
|
Т1 |
Т2 |
Т3 |
Т4 |
Т5 |
|
|
Кривошипные горячештамповочные прессы: открытая штамповка закрытая штамповка |
* |
* |
* |
* |
|
|
Горизонтально-ковочные машины |
* |
* |
|||
|
Прессы винтовые, гидравлические |
* |
* |
|||
|
Штамповочные молоты |
* |
* |
|||
|
Калибровка объемная |
* |
* |
Степень сложности формы поковки (табл. 4) определяется как отношение массы (объема) поковки G1 к массе (объему) геометрической фигуры Go, в которую вписывается форма поковки (рис.1).
Рис.1. К расчету степени сложности формы поковки
Таблица 4
Установление степени сложности формы поковки
|
Степень сложности формы поковки |
|||
|
С1 |
С2 |
С3 |
С4 |
|
При G1/Go |
|||
|
Свыше 0,63 |
Свыше 0,32 до 0,63 включительно |
Свыше 0,16 до 0,32 включительно |
Свыше 0,16 |
Конфигурация поверхности разъема штампа может быть: плоская (П), симметрично изогнутая (Ис), несимметрично изогнутая (Ин).
Для установления основных припусков, допусков и допускаемых отклонений устанавливается исходный индекс, который зависит от массы поковки, группы стали, степени сложности и класса точности поковки (табл.5).
Общий припуск включает в себя основной и дополнительный припуски. Основной зависит от исходного индекса, размеров и шероховатости детали (табл.6). Дополнительный – учитывает смещение по поверхности разъема штампов, изогнутость и отклонение поверхностей заготовки (табл. 7).
Таблица 5
Определение исходного индекса поковки
Таблица 6
Основные припуски на механическую обработку (на сторону), мм
|
Исходный индекс |
Длина, ширина, диаметр, высота детали, мм |
||||||||
|
До 40 |
40 - 100 |
100 - 160 |
|||||||
|
при шероховатости, мкм |
|||||||||
|
100 – 12,5 |
10 – 1,6 |
1,6 – 1,25 |
100 – 12,5 |
10 – 1,6 |
1,6 – 1,25 |
100 – 12,5 |
10 – 1,6 |
1,6 – 1,25 |
|
|
1 |
0,4 |
0,6 |
0,7 |
0,4 |
0,6 |
0,7 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
|
2 |
0,4 |
0,6 |
0,7 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,6 |
0,8 |
0,9 |
|
3 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,6 |
0,8 |
0,9 |
0,6 |
0,8 |
0,9 |
|
4 |
0,6 |
0,8 |
0,9 |
0,6 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,9 |
1,0 |
|
5 |
0,6 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,9 |
1,0 |
0,8 |
1,0 |
1,1 |
|
6 |
0,7 |
0,9 |
1,0 |
0,8 |
1,0 |
1,1 |
0,9 |
1,1 |
1,2 |
|
7 |
0,8 |
1,0 |
1,1 |
0,9 |
1,1 |
1,2 |
1,0 |
1,3 |
1,4 |
|
8 |
0,9 |
1,1 |
1,2 |
1,0 |
1,3 |
1,4 |
1,1 |
1,4 |
1,5 |
|
9 |
1,0 |
1,3 |
1,4 |
1,1 |
1,4 |
1,5 |
1,2 |
1,5 |
1,6 |
|
10 |
1,1 |
1,4 |
1,5 |
1,2 |
1,5 |
1,6 |
1,3 |
1,6 |
1,8 |
|
11 |
1,2 |
1,5 |
1,6 |
1,3 |
1,6 |
1,8 |
1,4 |
1,7 |
1,9 |
|
12 |
1,3 |
1,6 |
1,8 |
1,4 |
1,7 |
1,9 |
1,5 |
1,8 |
2,0 |
|
13 |
1,4 |
1,7 |
1,9 |
1,5 |
1,8 |
2,0 |
1,7 |
2,0 |
2,2 |
|
14 |
1,5 |
1,8 |
2,0 |
1,7 |
2,0 |
2,2 |
1,9 |
2,3 |
2,5 |
|
15 |
1,7 |
2,0 |
2,2 |
1,9 |
2,3 |
2,5 |
2,0 |
2,5 |
2,7 |
|
16 |
1,9 |
2,3 |
2,5 |
2,0 |
2,5 |
2,7 |
2,2 |
2,7 |
3,0 |
|
17 |
2,0 |
2,5 |
2,7 |
2,2 |
2,7 |
3,0 |
2,4 |
3,0 |
3,3 |
|
18 |
2,2 |
2,7 |
3,0 |
2,4 |
3,0 |
3,3 |
2,6 |
3,2 |
3,5 |
|
19 |
2,4 |
3,0 |
3,3 |
2,6 |
3,2 |
3,5 |
2,8 |
3,5 |
3,8 |
|
20 |
2,6 |
3,2 |
3,5 |
2,8 |
3,5 |
3,8 |
3,0 |
3,8 |
4,1 |
|
Исходный индекс |
Длина, ширина, диаметр, высота детали, мм |
||||||||
|
160 - 250 |
250 - 400 |
||||||||
|
при шероховатости, мкм |
|||||||||
|
100 – 12,5 |
10 – 1,6 |
1,6 – 1,25 |
100 – 12,5 |
10 – 1,6 |
1,6 – 1,25 |
||||
|
1 |
0,6 |
0,8 |
0,9 |
0,6 |
0,8 |
0,9 |
|||
|
2 |
0,6 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,9 |
1,0 |
|||
|
3 |
0,7 |
0,9 |
1,0 |
0,8 |
1,0 |
1,1 |
|||
|
4 |
0,8 |
1,0 |
1,1 |
0,9 |
1,1 |
1,2 |
|||
|
5 |
0,9 |
1,1 |
1,2 |
1,0 |
1,3 |
1,4 |
|||
|
6 |
1,0 |
1,3 |
1,4 |
1,1 |
1,4 |
1,5 |
|||
|
7 |
1,1 |
1,4 |
1,5 |
1,2 |
1,5 |
1,6 |
|||
|
8 |
1,2 |
1,5 |
1,6 |
1,3 |
1,6 |
1,8 |
Продолжение табл. 6
|
Исходный индекс |
Длина, ширина, диаметр, высота детали, мм |
|||||
|
160 - 250 |
250 - 400 |
|||||
|
при шероховатости, мкм |
||||||
|
100 – 12,5 |
10 – 1,6 |
1,6 – 1,25 |
100 – 12,5 |
10 – 1,6 |
1,6 – 1,25 |
|
|
9 |
1,3 |
1,6 |
1,8 |
1,4 |
1,7 |
1,9 |
|
10 |
1,4 |
1,7 |
1,9 |
1,5 |
1,8 |
2,0 |
|
11 |
1,5 |
1,8 |
2,0 |
1,7 |
2,0 |
2,0 |
|
12 |
1,7 |
2,0 |
2,2 |
1,9 |
2,3 |
2,5 |
|
13 |
1,9 |
2,3 |
2,5 |
2,0 |
2,5 |
2,7 |
|
14 |
2,0 |
2,5 |
2,7 |
2,2 |
2,7 |
3,0 |
|
15 |
2,2 |
2,7 |
3,0 |
2,4 |
3,0 |
3,3 |
|
16 |
2,4 |
3,0 |
3,3 |
2,6 |
3,2 |
3,5 |
|
17 |
2,6 |
3,2 |
3,5 |
2,8 |
3,5 |
3,8 |
|
18 |
2,8 |
3,5 |
3,8 |
3,0 |
3,8 |
4,1 |
|
19 |
3,0 |
3,8 |
4,1 |
3,4 |
4,3 |
4,7 |
|
20 |
3,4 |
4,3 |
4,7 |
3,7 |
4,7 |
5,1 |
Таблица 7
Дополнительный припуск на смещение по поверхности
разъема штампов, мм
|
Масса поковки, кг |
Припуски для классов точности |
|||||||
|
Плоская поверхность разъема (П) |
||||||||
|
Т1 |
Т2 |
Т3 |
Т4 |
Т5 |
||||
|
Симметрично изогнутая поверхность разъема (Ис) |
||||||||
|
Т1 |
Т2 |
Т3 |
Т4 |
Т5 |
||||
|
Несимметрично изогнутая поверхность разъема, (Ин) |
||||||||
|
Т1 |
Т2 |
Т3 |
Т4 |
Т5 |
||||
|
До 0,5 включительно |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
||
|
Св. 0,5 до 1,0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
|||||
|
Св. 1,0 до 1,8 |
0,3 |
0,4 |
||||||
|
Св1,8 до 3,2 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
||||
|
Св3,2 до 5,6 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
|||
|
Св. 5,6 до 10 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
||
|
Св. 10 до 20 |
0,3 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,9 |
Таблица 8
Дополнительный припуск на неплоскостность и непрямолинейность, мм
|
Наибольший размер поковки, мм |
Припуски для классов точности |
||||
|
Т1 |
Т2 |
Т3 |
Т4 |
Т5 |
|
|
До 100 включительно |
0,1 |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
|
Св. 100 до 160 |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
|
Св. 160 до 250 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
|
Св. 250 до 400 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,8 |
Таблица 9
Допуски и допустимые отклонения размеров поковок, мм
|
Исход- ный индекс |
Длина, ширина, диаметр, высота поковки, мм |
|||||||||
|
До 40 |
40 - 100 |
100 - 160 |
160 - 250 |
250 - 400 |
||||||
|
1 |
0,3 |
+0,2 -0,1 |
0,4 |
+0,3 -0,1 |
0,5 |
+0,3 -0,2 |
0,6 |
+0,4 -0,2 |
0,7 |
+0,25 -0,2 |
|
2 |
0,4 |
+0,3 -0,1 |
0,5 |
+0,3 -0,2 |
0,5 |
+0,4 -0,2 |
0,7 |
+0,5 -0,2 |
0,8 |
+0,5 -0,3 |
|
3 |
0,5 |
+0,3 -0,2 |
0,6 |
+0,4 -0,2 |
0,7 |
+0,5 -0,2 |
0,8 |
+0,5 -0,3 |
0,9 |
+0,6 -0,3 |
|
4 |
0,6 |
+0,4 -0,2 |
0,7 |
+0,5 -0,2 |
0,8 |
+0,5 -0,3 |
0,9 |
+0,6 -0,3 |
1,0 |
+0,7 -0,3 |
|
5 |
0,7 |
+0,5 -0,2 |
0,8 |
+0,5 -0,3 |
0,9 |
+0,6 -0,3 |
1,0 |
+0,7 -0,3 |
1,2 |
+0,8 -0,4 |
|
6 |
0,8 |
+0,5 -0,3 |
0,9 |
+0,6 -0,3 |
1,0 |
+0,7 -0,3 |
1,2 |
+0,8 -0,4 |
1,4 |
+0,9 -0,5 |
|
7 |
0,9 |
+0,6 -0,3 |
1,0 |
+0,7 -0,3 |
1,2 |
+0,8 -0,4 |
1,4 |
+0,9 -0,5 |
1,6 |
+1,1 -0,5 |
|
8 |
1,0 |
+0,7 -0,3 |
1,2 |
+0,8 -0,4 |
1,4 |
+0,9 -0,5 |
1,6 |
+1,1 -0,5 |
2,0 |
+1,3 -0,7 |
|
9 |
1,2 |
+0,8 -0,4 |
1,4 |
+0,9 -0,5 |
1,6 |
+1,1 -0,5 |
2,0 |
+1,3 -0,7 |
2,2 |
+1,4 -0,8 |
|
10 |
1,4 |
+0,9 -0,5 |
1,6 |
+1,1 -0,5 |
2,0 |
+1,3 -0,7 |
2,2 |
+1,4 -0,8 |
2,5 |
+1,6 -0,9 |
|
11 |
1,6 |
+1,1 -0,5 |
2,0 |
+1,3 -0,7 |
2,2 |
+1,4 -0,8 |
2,5 |
+1,6 -0,9 |
2,8 |
+1,8 -1,0 |
|
12 |
2,0 |
+1,3 -0,7 |
2,2 |
+1,4 -0,8 |
2,5 |
+1,6 -0,9 |
2,8 |
+1,8 -1,0 |
3,2 |
+2,1 -1,1 |
|
13 |
2,2 |
+1,4 -0,8 |
2,5 |
+1,6 -0,9 |
2,8 |
+1,8 -1,0 |
3,2 |
+2,1 -1,1 |
3,6 |
+2,4 -1,2 |
Продолжение таблицы 9
|
Исход- ный индекс |
Длина, ширина, диаметр, высота поковки, мм |
|||||||||
|
До 40 |
40 - 100 |
100 - 160 |
160 - 250 |
250 - 400 |
||||||
|
14 |
2,5 |
+1,6 -0,9 |
2,8 |
+1,8 -1,0 |
3,2 |
+2,1 -1,1 |
3,6 |
+2,4 -1,2 |
4,0 |
+2,7 -1,3 |
|
15 |
2,8 |
+1,8 -1,0 |
3,2 |
+2,1 -1,1 |
3,6 |
+2,4 -1,2 |
4,0 |
+2,7 -1,3 |
4,5 |
+3,0 -1,5 |
|
16 |
3,2 |
+2,1 -1,1 |
3,6 |
+2,4 -1,2 |
4,0 |
+2,7 -1,3 |
4,5 |
+3,0 -1,5 |
5,0 |
+3,3 -1,7 |
|
17 |
3,6 |
+2,4 -1,2 |
4,0 |
+2,7 -1,3 |
4,5 |
+3,0 -1,5 |
5,0 |
+3,3 -1,7 |
5,6 |
+3,7 -1,9 |
|
18 |
4,0 |
+2,7 -1,3 |
4,5 |
+3,0 -1,5 |
5,0 |
+3,3 -1,7 |
5,6 |
+3,7 -1,9 |
6,3 |
+4,2 -2,1 |
|
19 |
4,5 |
+3,0 -1,5 |
5,0 |
+3,3 -1,7 |
5,6 |
+3,7 -1,9 |
6,3 |
+4,2 -2,1 |
7,1 |
+4,7 -2,4 |
|
20 |
5,0 |
+3,3 -1,7 |
5,6 |
+3,7 -1,9 |
6,3 |
+4,2 -2,1 |
7,1 |
+4,7 -2,4 |
8,0 |
+5,3 -2,7 |
Содержание работы
Разработать конструкцию заготовки-поковки и выполнить расчет размеров ее конструктивных параметров.
Порядок выполнения работы
1. Сбор исходных данных
2. Определить основные припуски на обработку по поверхностям детали
Например:
Основные припуски на сторону на размеры (см. табл. 6):
- Ø 61 мм (наружная поверхность вращения) с шероховатостью Ra = 10 мкм – 1,4 мм;
- Ø 25 мм (отверстие) с шероховатостью Ra = 2,5 мкм – 1,3 мм;
- толщина 23 мм с шероховатостью Ra = 10 мкм – 1,3 мм
3. Определить дополнительные припуски на обработку по поверхностям детали
Например:
Дополнительные припуски на сторону (см. табл.7 и 8) при массе заготовки в 1 кг, плоской поверхности разъема и точности заготовки по классу Т4 учитывают:
- смещение по поверхности разъема – 0,2 мм;
- отклонение от плоскостности – 0,3 мм.
4. Определить общий припуск на обработку
Например:
- Ø 61 мм - 2Z общ.61= (1,4 + 0,2) • 2 = 3,2 мм;
- Ø 25 мм - 2Z общ.25 = (1,3 + 0,2) • 2 = 3,0 мм;
- на толщину 23 мм - 2Z общ.23 = (1,3 + 0,3) • 2 = 3,2 мм; (обработка двухсторонняя)
5. Определить размеры поковки
Например:
- Ø 61 мм - 61 + 3,2 = 64,2 мм, принимаем 65 мм;
- Ø 25 мм - 25 –3,0= 22,0 мм, принимаем 22 мм;
- на толщину 23 мм – 23 + 3,2 = 26,2, принимаем 26,5 мм.
6. Назначить допустимые отклонения на размеры поковки (табл. 9)
Например:
Диаметр наружной поверхности - Ø мм.
Диаметр отверстия - Ø мм.
Толщина - мм.
7. Составить чертеж поковки, используя образцы на рис. 2 и 3. Назначить технические требования к заготовке:
Например:
1. Гр.II 189…229НВ ГОСТ 8479-70.
2. Степень сложности заготовки – С1, группа стали – М2, класс точности – Т4.
3. Неуказанные штамповочные уклоны 7°.
4. Неуказанные радиусы 3 мм.
5. Смещение по линии разъема штампов не более 0,2 мм..
6. Заусенец по поверхности разъема штампов не более 0,6 мм, в отверстии – не более 2 мм.
7. Поковку очистить от окалины дробью.
8. Внешние дефекты не более ½ фактического припуска на обработку.
9. Остальные технические требования по ГОСТ 8479-70
|
Рис. 2. Примеры вида чертежей поковки: а – деталь; б – поковка при штамповке в открытом штампе; в – то же, в закрытом штампе; г – то же, на горизонтально-ковочной машине |
Рис.3. Чертеж поковки шестерни
Отчет о работе
Отчет о работе должен содержать:
Р а б о т а 7. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ
РУЧНОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ
Цель работы: познакомиться с технологическим процессом ручной электродуговой сварки. Освоить навыки в разработке технологического процесса ее выполнения.
Теоретические положения
Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями.
Для образования сварных соединений необходимо:
Энергетическая активация атомов при ручной электродуговой сварке осуществляется за счет теплоты. Электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию, которая концентрированно вводится в свариваемые заготовки и оплавляет их в месте соединения. Проводником теплоты служит электрическая дуга, которая горит между торцом электрода и заготовкой.
Дугой называют мощный устойчивый электрический разряд в ионизированной газовой среде между электродом и изделием.
В зависимости от того, в какой среде происходит горение электрической дуги, различают:
открытую дугу, горящую на воздухе (состав газовой среды в зоне дуги – воздух с примесью паров свариваемого металла, материала электродов и электродных покрытий);
закрытую дугу, горящую под слоем флюса (пары основного металла, проволоки и защитного флюса)',
• электрическую дугу, горящую в среде защитных газов (атмосфера защитного газа, пары основного металла и сварочной проволоки).
Ручную дуговую сварку можно выполнять с использованием неплавящегося (графитового или вольфрамового) электрода или с использованием плавящегося (металлического) электрода.
При сварке неплавящимся электродом электрическая дуга горит между его торцом и свариваемым изделием. Соединение свариваемых частей происходит путем расплавления только основного металла, либо с применением присадочного металла, который расплавляется и формирует сварной шов (рис.1).
Сварка плавящимся электродом идет с одновременным расплавлением основного металла и электрода, который пополняет сварочную ванну жидким металлом (см. рис.1).
Рис. 1. Сварка плавящимся и неплавящимся электродами
Питание дуги осуществляется постоянным или переменным током. При применении постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярности. В 1-ом случае (прямая полярность) электрод подключают к отрицательному полюсу (катод), во втором (обратная полярность) – к положительному (анод).
Плавящийся электрод для ручной дуговой сварки представляет собой стержень из сварочной проволоки, на который нанесено электродное покрытие (обмазка). Промышленность выпускает достаточно большое число марок сварочной проволоки диаметром от 1,6 до 12 мм для изготовления электродов. Длина электродов составляет 150...450 мм. Наиболее часто используют электроды длиной 350, 400 и 450 мм и диаметром 3,4 и 5 мм.
Металл электрода и элементы электродного покрытия участвуют в формировании сварного шва.
Электродное покрытие.
Для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик сварного соединения необходимо, чтобы химический состав сварного шва был близок к химическому составу свариваемой стали.
Поэтому для сварки стали определенного химического состава рекомендуется подобрать электроды с необходимым содержанием соответствующих легирующих элементов в сварочной проволоке.
Условное обозначение марки проволоки состоит из индекса Св - сварочная и следующих за ним цифр, показывающих содержание углерода в сотых долях процента и буквенных обозначений элементов, входящих в состав проволоки. Буква А в конце обозначения указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора.
Например, Св-08ХМ для сварки конструкционных сталей содержит 0,08% углерода и менее 1 % хрома и молибдена. Св-04Х19Н11МЗ для сварки жаропрочных и коррозионностойких сталей содержит 0,04% углерода, 19% хрома, 11% никеля и 3% молибдена.
Сварные соединения
В промышленности используют следующие типы сварных соединений: стыковые; угловые; тавровые, нахлесточные.
В настоящей работе рассматриваются односторонние - У4, У6 и двухсторонние - У5, У7 угловые сварные соединения без разделки кромок и с разделкой одной кромки (табл.1).
Площади поперечного сечения сварных швов и соединения
1. Площадь поперечного сечения основного наружного шва определяют по формуле
, мм2 (1)
где Ку - коэффициент увеличения. Коэффициент увеличения выбирают по табл.2 в зависимости от величины катета А. Коэффициент увеличения учитывает наличие зазора между свариваемыми деталями и выпуклость (полноту) шва.
2. Площадь поперечного сечения внутреннего подварочного шва определяют аналогично , мм2 (2)
Ку выбирают по табл. 2 в зависимости от величины катета C.
Таблица 1
Угловые сварные соединения при ручной дуговой сварке
(ГОСТ 5264 - 80)
|
Форма подготовленных кромок |
Характер сварного шва |
Форма поперечного сечения |
Толщина свариваемых деталей, мм |
Условное обозначение соединения |
|
|
подготовленных кромок |
сварного соединения |
||||
|
Без скоса кромок |
Односторонний |
1...30 |
У4 |
||
|
Двухсторонний |
2...30 |
У5 |
|||
|
Со скосом одной кромки |
Односторонний |
3...60 |
У6 |
||
|
Двухсторонний |
У7 |
Таблица 2
Коэффициент увеличения Ку
|
Катет шва А или С, мм |
2,5…3 |
3,5…4 |
4,5…5,5 |
5,5…6 |
|
Коэффициент увеличения, Ку |
1,5 |
1,45 |
1,4 |
1,35 |
3. Общая площадь поперечного сечения сварного соединения
S = Sосн + Sвн, мм2 (3)
Толщину свариваемых заготовок А (толщина стенок ванны) и величину катета подварочного шва С выбирают в соответствии с вариантом задания (табл.6).
Порядок, последовательность и направление наложения швов
Швы длиной до 250 мм можно варить напроход (рис. 2). Сварка напроход от середины к краям рекомендуется при длине шва 250...500 мм. При большей длине шва рекомендуется обратноступенчатая сварка. Шов выполняют короткими отрезками 1...4 (см. рис.2).
Для уменьшения коробления свариваемой ванны необходимы определенный порядок и последовательность наложения сварных швов. На рис.3 приведен эскиз ванны с размерами, соответствующими примеру оформления отчета. Порядок наложения швов аналогичен во всех вариантах задания. Последовательность может быть разной.
Рис. 2 Последовательность и направление наложения швов
В вариантах с двухсторонними сварными соединениями У5 и У7 листы сначала прихватывают короткими внутренними подварочными швами, расположенными на расстоянии до 250 мм один от другого. Затем проваривают внутренний подварочный шов полностью. Подварочными швами соединяют все элементы ванны. После этого ванну переворачивают и выполняют основные наружные швы. В вариантах с односторонними сварными соединениями У4 и У6 внутренние швы не выполняют. Листы прихватывают снаружи. Затем полностью проваривают наружные швы.
Оборудование для выполнения сварочных работ (табл.3)
Таблица 3
Сварочное оборудование
|
Сварка переменным током |
Сварка постоянным током |
|
Сварочные трансформаторы: понижают напряжение до 70…80 В, одновременно увеличивая силу тока до нужного значения. |
Сварочные преобразователи (электродвигатель + генератор). Применяют там, где есть сетевая элек-троэнергия. |
|
Сварочный агрегат (дизельный двигатель + генератор). Применяют в полевых условиях, где нет сетевой электроэнергии. |
|
|
Для регулирования силы тока используют регуляторы. |
|
|
Выпрямители. В настоящее время ими заменяют сварочные преобразователи, так как - во время работы они не шумят и - имеют больший коэффициент полезн- ого действия. |
|
|
Регуляторы силы тока. |
При сварке постоянным током обеспечивается высокая стабильность горения сварочной дуги и качество сварного соединения. Поэтому высоколегированные стали, из которых изготавливают ответственные конструкции, сваривают с использованием постоянного тока.
Режим сварки
Режим сварки - совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварного шва заданного размера, формы и качества.
При сварке открытой дугой такими характеристиками являются:
марка и диаметр электрода;
сила сварочного тока;
род тока и полярность;
напряжение дуги;
скорость сварки.
Марка электрода
При выборе марки электрода следует учитывать химический состав свариваемой стали и требования, предъявляемые к качеству сварного соединения. Марку сварочной проволоки и марку электродного покрытия выбирают по табл.4 в зависимости от марки свариваемой стали.
Таблица 4
Электроды для сварки сталей
|
Марка электрода |
Коэффициент расхода электродов на 1 кг наплавленного металла, кг |
Коэф- фициент наплавки Кн (г/Ач) |
Род тока |
Поляр- ность |
Марка свариваемой стали |
|
|
Марка электродного покрытия |
Марка свароч-ной проволоки |
|||||
|
АНО-4С |
Св-08 Или Св-08А |
1,7 |
8,5 |
Посто- янный |
Любая |
Низкоуглеродистые Ст.4, Сталь 20 |
|
Пере- менный |
Ст.1, Сталь 15 |
|||||
|
МР-3 |
1,6 |
Посто- янный |
Обрат- ная |
Ст.3, Сталь 25 |
||
|
Пере- менный |
Ст.2, Сталь 10 |
|||||
|
Э- 138/50Н |
Св-10ГН |
1,7 |
9 |
Посто- янный |
Обрат- ная |
Низколегированные 12ГС, 15ГФ, 14Г2, 14ГС |
|
ЦЛ-45 |
Св-08ХМ |
1,65 |
9,5 |
15ХСНД, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф |
||
|
ЭА- 395/9 |
Св- 10Х16Н2 5АМ6 |
1,6 |
11 |
Легированные 08Х12Н8К5М2Т, 08Х12Н7К7М4 |
||
|
ЭА- 400/10У |
Св- 04Х19Н1 1М3 |
1,8 |
12 |
10Х17Н13М2Т, 08Х18Н10Т |
Диаметр электрода
Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла (табл.5).
Таблица 5
Выбор диаметра электрода
|
Толщина свариваемых листов, мм |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Диаметр электрода dэл, мм |
3 |
3 |
4 |
5 |
Сила сварочного тока
Силу сварочного тока выбирают в зависимости от диаметра dэл и типа электрода Icв = Iуд dэл.
Iуд – удельный сварочный ток, приходящийся на 1 мм диаметра электрода, А/мм (табл.6)
Меньшие значения удельного сварочного тока используют при сварке легированных сталей, обладающих малым коэффициентом теплопроводности, с целью уменьшения перегрева. Большие значения удельного тока используют для определения силы тока при сварке низкоуглеродистых сталей.
Таблица 6
Сила тока Iуд, приходящаяся на 1 мм диаметра электрода
|
Легированные стали |
Iуд = 45... 45 А/мм |
|
Низкоуглеродистые стали |
Iуд = 45... 50 А/мм |
Выбор сварочного аппарата
Легированные стали рекомендуется сваривать только на постоянном токе (сварочный преобразователь, выпрямитель). Причем лучше использовать обратную полярность, чтобы не допустить перегрева и выгорания легирующих элементов. Используя табл.7 выбирают тот сварочный аппарат, в диапазон регулирования которого попадает рассчитанное значение Iсв.
Род тока и полярность
Род тока и полярность выбирают в зависимости от физико-механических свойств свариваемой стали и используемой марки электрода. В табл.1 подобраны и заданы род тока и полярность для конкретных марок сталей и электродов.
Низкоуглеродистые стали можно сваривать как на переменном токе, так и на постоянном. Сварка на постоянном токе и тем более с использованием обратной полярности позволяет повысить качество сварного соединения.
Напряжение дуги
Рабочее напряжение дуги определяется ее длиной и колеблется в пределах Uд = 20...40 В (см. табл.5).
Таблица 7
Технические характеристики сварочных аппаратов
|
Вид аппарата |
Тип |
Диапазон регулирования сварочного тока Iсв, А |
Напряжение, В |
Мощность, кВт |
Размеры, мм |
Масса, кг |
|
|
рабо- чее Uд |
холосто- го хода Uхх |
||||||
|
Трансформатор |
ТСБ-90 ТД-102У2 ТД-300 У2 ТД-500 У2 |
60...100 60...160 70...365 90...650 |
20 26 32 30 |
36 70 61,80 59,76 |
3,3 11,2 19,4 32,0 |
203 370 350 570 320 530 692 710 620 570 720 835 |
30 42 137 200 |
|
Выпрямитель |
ВКС-120 Вд-201 УЗ ВД-502-1 |
30.. .130 30... 200 50... 500 |
25 28 40 |
65 68 80 |
4,8 15,0 42,0 |
785 628 953 622 716 775 810 550 1077 |
242 120 348 |
|
Преобразователь |
ПСО-120 ПСУ-300 ПСУ-500-2 |
30 ...120 50.. .300 60... 500 |
25 30 40 |
48... 65 48 48 |
4,0 28,0 30,0 |
1055 550 730 1160 490 740 1075 650 1085 |
155 315 595 |
Примечания: Напряжение питающей сети для ТСБ-90 – 220 В, для всех остальных сварочных аппаратов – 380 В
Масса наплавленного металла
Масса наплавленного металла основных наружных швов
г
где Sосн - площадь поперечного сечения основного наружного шва, мм2 (см. формулу 1); Lосн - суммарная длина основных сварных швов, мм; ρ = 7,8 г/см3 - плотность наплавленного металла.
Массу наплавленного металла подварочных швов находят аналогично г,
где Sвн - площадь подварочного шва, мм2 (см. формулу 2);
Lвн - суммарная длина подварочных сварных швов, мм.
Общая масса наплавленного металла сварных соединений при соединении элементов металлической ванны
Gн = Gносн + Gнвн, г
Расход электродов
Расход электродов на изготовление металлической ванны
Gэл = k • Gн, г
где k = 1,6...1,8 - коэффициент расхода электродов на 1кг наплавленного металла. В табл. 1 заданы конкретные значения k. Коэффициент расхода k учитывает:
массу электродного покрытия;
потери металла на угар, разбрызгивание и огарки.
Время сварки. Время, необходимое для выполнения сварочных работ
Тсв = Тосн + Тобсл + Тпод + Тотд, ч
где Тосн - основное технологическое время, ч;
Тобсл - время, затрачиваемое на обслуживание оборудования, ч;
Тпод - подготовительное время на получение электродов, инструмента и др., ч;
Тотд - время, затрачиваемое на отдых, ч. Основное технологическое время рассчитывают, используя формулу
,
где Gн - масса наплавленного металла; Кн - коэффициент наплавки, г/(А • ч); Iсв - сила сварочного тока, А.
Коэффициент наплавки Кн [ г/(А • ч) ] - масса наплавленного на поверхность детали металла в граммах за 1 час, приходящаяся на силу тока в 1 ампер. В табл. 4 даны величины коэффициента наплавки для различных марок электродов.
Окончательно время, необходимое для выполнения сварочных работ при наложении внутреннего и основного швов
ч
где Кисп - коэффициент использования сварочного поста.
Коэффициент использования сварочного поста Кисп учитывает время на обслуживание оборудования, на получение материалов, на отдых и др. Значения коэффициента использования приведены в табл. 8.
Таблица 8
Коэффициент использования сварочного поста Кисп
|
При работе в цехе |
Кисп = 0,6.. .0,8 |
|
При монтажных работах |
Кисп = 0,5.. .0,7 |
Производительность и скорость сварки
Производительность сварки
G = Кн • Iсв , г/ч
Скорость сварки при формировании основного шва
, м/ч
Скорость сварки при формировании внутреннего шва
, м/ч
Расход электроэнергии
Расход электроэнергии раcсчитывают, используя формулу
Q = 0,001 • Uд • Iсв • Тосн ,
где Uд - рабочее напряжение дуги, В; Iсв - сила сварочного тока, А; Тосн - основное технологическое время сварки, ч.
Содержание работы
Работа заключается в изучении основных схем выполнения ручной дуговой сварки, особенностей выбора электродов и сварочного оборудования, расчете режима выполнения сварки изделия по заданию (табл. 9).
Таблица 9
Варианты заданий
|
№ вари-анта |
Размеры ванны, мм |
Толщина стенок А, мм |
Катет шва С, мм |
Материал заготовок |
||||
|
b |
l |
h |
Группа сталей |
Обозна- чение |
||||
|
Тип соединения |
||||||||
|
Работа в цехе (см. табл.8) |
||||||||
|
1 2В 3 3П |
400 400 400 400 |
200 200 200 200 |
200 200 200 200 |
3 3 4 4 |
У5 У7 У5 У7 |
2,5 2,6 3,5 3,6 |
Конструкционные низкоуг- леродистые обыкновенного качества |
Ст. 2 Ст. 4 Ст. 1 Ст.3 |
Продолжение табл.9
|
№ вари-анта |
Размеры ванны, мм |
Толщина стенок А, мм |
Катет шва С, мм |
Материал заготовок |
||||
|
b |
l |
h |
Группа сталей |
Обозна- чение |
||||
|
Тип соединения |
||||||||
|
5 6В 7 8П |
500 500 600 600 |
800 800 800 800 |
400 400 400 400 |
5 5 6 6 |
У5 У7 У5 У7 |
2,7 2,8 3,7 3,8 |
Качественные низкоуглеродистые конст- рукционные |
Сталь 10 Сталь 20 Сталь 15 Сталь 25 |
|
Монтажные работы (см. табл.8) |
||||||||
|
9П 10В 11П 12В |
600 600 600 600 |
1000 1000 1000 1000 |
300 300 400 400 |
3 3 4 4 |
У6 У4 У6 У4 |
Низколегированные конструкционные стали |
12ГС 15ХСНД 15ГФ 12Х1МФ |
|
|
13П 14В 15П 16В |
600 600 600 600 |
1000 1000 1000 1000 |
500 500 600 600 |
5 5 6 6 |
У6 У4 У6 У4 |
14Г2 15Х1М1Ф 14ХГС 10ХСНД |
Примечание: буква Б в номере варианта обозначает - использовать сварочный преобразователь; В – выпрямитель; отсутствие буквы – трансформатор.
Последовательность выполнения работы
ПРИМЕР
выполнения разработки технологического процесса ручной дуговой сварки детали «ванна»
|
Исходные данные |
Размеры ванны, мм |
Толщина стенок А, мм |
Тип соединения |
Катет шва С, мм |
Материал Материал заготовок |
|||
|
b |
l |
h |
Группа сталей |
Обозна-чение |
||||
|
200 |
400 |
100 |
5 |
У5 |
4,7 |
Качественные низко-углеродистые конструкцион- ные стали |
Сталь 10 |
|
|
Работа в цехе |
Рис. 3. Эскиз металлической ванны с размерами: порядок наложения швов указан большими цифрами; последовательность их наложения – индексами у цифр; направление сварки - стрелками
1. Выполните рисунок, аналогичный рис.3, для своего варианта с размерами в масштабе.
Укажите места прихвата.
Укажите порядок, последовательность и направление наложения швов.
Если используете односторонние сварные соединения У4 и У6, исключите из дальнейших расчетов подварочные швы.
Суммарная длина основных наружных швов lосн = 200·2 + 400·2+100·4 = 1600 мм. Будем считать, что суммарная длина внутренних подварочных швов равна длине основных lвн = 1600мм. Длина сварных соединений L= 1600 мм. Толщина заготовок А = 5 мм. Все швы угловые двухсторонние впритык.
2. Последовательность и направление наложения швов
Рис. 4. Рекомендации по направлению выполнения сварки
3. Материал заготовок - качественная низкоуглеродистая конструкционная Сталь 10, содержащая 0,1% углерода
4. Эскизы сварного соединения - двухстороннее угловое сварное соединение без разделки кромок
Рис. 5. Эскизы сварного соединения
Площадь поперечного сечения основного наружного шва: = 17,5 мм2.
Площадь поперечного сечения внутреннего подварочного шва:
= 15,46 мм2.
Общая площадь поперечного сечения сварного соединения: S = Sосн + Sвн = 17,5 + 15,46 = 32,96 мм2.
5. Выбор марки электродного покрытия и сварочной проволоки
В соответствии с табл. 1 выбран электрод с электродным покрытием МР-3. Марка сварочной проволоки Св-08 или Св-08А. Такая сварочная проволока содержит 0,08% углерода. Буква А указывает на повышенную чистоту металла по содержанию вредных примесей - серы и фосфора.
6. Характеристики электрода в соответствии с табл. 1:
марка электродного покрытия МР-3;
марка проволоки Св-0,8 или Св-08А;
расход электродов на 1 кг наплавленного металла k = 1,6 кг,
коэффициент наплавки Кн = 8,5 г/(А • ч);
род тока - переменный;
полярность - отсутствует.
7. Диаметры электродов для наружного и внутреннего швов
В соответствии с табл. 2 диаметр dэл = 4 мм.
8. Сила сварочного тока: Iсв = Iуд • dэл = 45 • 4 = 180 А .
9. Выбор сварочного аппарата
Для сварки Стали 10 можно использовать как переменный, так и постоянный ток. В табл. 1 рекомендован переменный ток, а в варианте задания сварочный трансформатор как источник переменного тока. Поэтому в соответствии с табл. 4 выбран сварочный трансформатор ТД-300 У2, имеющий следующие технические характеристики:
пределы регулирования сварочного тока 70...365 А;
напряжение питающей сети 380 В;
рабочее напряжение 32 В;
напряжение холостого хода 80 В;
мощность 19,4 кВт;
размеры 692 • 710 • 620 мм;
масса 137 кг.
10. Расход электродов для сварки
Масса наплавленного металла основных наружных швов
Масса наплавленного металла внутренних подварочных швов
= 193г
Общая масса наплавленного металла
Gн = Gносн + Gнвн = 218 + 193 = 411 г.
Расход электродов Gэл = k·Gн = 1,6·411 = 658г.
11. Продолжительность сварки
Основное технологическое время: = 0,269 ч.
Время выполнения сварочных работ: = 0,336 ч .
12. Скорость сварки
Скорость сварки при формировании основного шва
= 11,21 м/ч.
Скорость сварки при формировании внутреннего шва
= 12,69 м/ч .
13. Производительность сварки
С = Кн• Iсв = 8,5 • 180 = 1530 г/ч.
14. Расход электроэнергии
Q = 0,001 • Uд • Iсв • Тосн = 0,001 • 32 • 180 • 0,269=1,549 кВт • ч
Отчет о работе
Отчет о работе должен содержать:
Р а б о т а № 8. ТОКАРНАЯ ОБРАБОТКА
ДЕТАЛЕЙ МАШИН.
Цель работы:
1. получить основные сведения о токарной обработке;
2. ознакомиться с компоновкой токарного станка, его назначением, применяемым режущим инструментом и токарными приспособлениями;
3. изучить технологические операции обработки деталей на токарном станке.
Теоретические положения
Обработка резанием заключается в образовании новых поверхностей путём отделения поверхностных слоёв материала (припуска на обработку) с заготовки с образованием стружки. В основе токарного станка лежит метод точения.
На токарных станках изготавливают детали - тела вращения (валы, шкивы, зубчатые колёса, втулки и т.п.) (рис. 1). Токарной обработкой (точением) получают детали с цилиндрическими, коническими, фасонными и плоскими (торцы) поверхностями, а также нарезают резьбу, делают фаски и галтели (рис. 2).
Для осуществления процесса резания на токарном станке необходимы два движения: главное движение и движение подачи. Главным движением является вращательное движение заготовки. Движение подачи - это поступательное движение резца, обеспечивающее непрерывное врезание его в новый слой металла.
Процесс резания характеризуется определённым режимом. К элементам режима резания относятся:
t - величина срезаемого слоя за один проход резца. При наружном продольном точении глубина резания определяется как разность между диаметром заготовки D и диаметром обработанной поверхности d, т.е. t=(D-d)/2 мм;
S – подача - величина перемещения режущей кромки в направлении движения резца за один оборот заготовки (мм/об);
V - скорость резания - путь, пройденный наиболее отдаленной от оси вращения точкой обрабатываемой поверхности относительно режущей кромки резца за единицу времени (м/с).
|
Рис.1 Типовые детали, получаемые обработкой на токарных станках: а - ступенчатый вал; б – шкив; в – зубчатое колесо (шестерня) |
Рис. 2 Виды поверхностей, получаемые токарной обработкой: 1 – цилиндрическая; 2 – галтель; 3 – фаска; 4 – плоская (торцовая); 5 – фасонная; 6 – коническая; 7 - резьбовая |
Компоновка токарного станка
Общий вид токарно-винторезного станка представлен на рис.3. На станине станка (массивном чугунном основании) смонтированы основные механизмы станка: передняя бабка, внутри которой расположены главный орган станка шпиндель и коробка скоростей. Шпиндель представляет собой полый вал, на правом конце которого крепят приспособления, зажимающие заготовку. Шпиндель получает вращение от расположенного в левой тумбе станины электродвигателя через клиноременную передачу и систему зубчатых колёс и муфт, размещенных внутри передней бабки. Этот механизм называют коробкой скоростей. Он позволяет изменять частоту вращения n (число оборотов в минуту) шпинделя.
Для закрепления резца и обеспечения ему движения подачи, т.е. перемещения резца в различных направлениях служит суппорт 6. Он состоит из каретки, которая перемещается по направляющим станины; фартука, в котором расположен механизм преобразования вращательного движения ходового вала и ходового винта в прямолинейное движение суппорта; механизма поперечных салазок; механизма резцовых (верхних) салазок и механизма резцедержателя.
Коробка подач закреплена на станине ниже передней бабки. Внутри коробки находится механизм передачи вращения от шпинделя к ходовому валу или ходовому винту. Она позволяет изменять скорость движения суппорта (величину подачи). Вращательное движение в коробке подач передаётся от шпинделя через реверсивный механизм и гитару со сменными зубчатыми колёсами.
Рис. 3. Токарно-винторезный станок
Рукоятки управления: 1 – установка величины подачи или шага резьбы; 3 – включение-отключение вращения шпинделя станка при работающем двигателе главного движения; 4, 7 - установка частоты вращения шпинделя; 9 – перемещение поперечных салазок суппорта; 10 – поворот и зажим резцедержателя; 11 – перемещение верхних салазок суппорта; 13 - включение подачи каретки и поперечных салазок суппорта; 12 – включение ускоренной подачи каретки и поперечных салазок суппорта; 22 – кнопка пуска и остановки двигателя главного движения.
Маховички: 16 – подача пиноли задней бабки; 23 – перемещение каретки.
Гитара предназначена для настройки станка на требуемую величину подачи или шаг нарезаемой резьбы путём установки соответствующих сменных зубчатых колёс.
Задняя бабка предназначена для поддерживания конца длинных заготовок в процессе обработки, а также для закрепления и подачи стержневых инструментов (свёрл, зенкеров, развёрток).
Электрооборудование станка размещено в шкафу.
Для закрепления заготовок на токарном станке применяют: патроны, планшеты, цанги, центры, хомутики, оправки.
Для контроля точности обработки деталей используют штангенциркули, микрометры, калибры, шаблоны, угломеры и другие измерительные инструменты.
Классификация токарных резцов по назначению
Для токарной обработки применяют разнообразные по назначению резцы: проходные, упорные, подрезные, отрезные, фасонные, резьбовые и расточные (рис. 4 а – к).
Рабочая часть резца должна обладать высокой твердостью, красностойкостью (способности не терять твердости при высокой температуре), высокой износостойкостью (сопротивлением истиранию), высокой вязкостью (сопротивлением ударной нагрузке). Режущую часть резцов изготавливают:
Рис. 4 Классификация резцов по назначению: а – проходной прямой; б – проходной отогнутый; в – проходной упорный; г – подрезной; д – отрезной; е – прорезной; ж – фасонный; з – резьбовой; и – расточной проходной; к – расточной упорный
Схемы установки заготовок на станке
Заготовки небольшой длины на токарных станках устанавливают и закрепляют в патронах (рис.5). Заготовки валов, длина которых превышает диаметр в пять и более раз, обычно обрабатывают с установкой коническими поверхностями центровых отверстий на центрах станка (рис.6).
При обработке партии одинаковых валов точность диаметральных размеров обеспечивают установкой резца в нужное положение относительно оси вращения шпинделя станка пробными проходами. Деление лимба, соответствующее требуемому диаметру ступени запоминают или
|
Рис. 5. Установка заготовки в патроне (а), условная схема (б). Технологические базы – торец и ось заготовки. |
Рис. 6. Установка заготовки в центрах (а), условная схема (б). Технологические базы - конические поверхности центровых отверстий в торцах вала. |
записывают. Точность линейных размеров может быть обеспечена по лимбу продольной подачи. Поворот лимба на одно деление соответствует перемещению суппорта на один миллиметр. По лимбу продольной подачи можно контролировать продольное перемещение резца и отводить его в тот момент, когда получена нужная длина ступени.
Большую партию ступенчатых валов обрабатывают, пользуясь продольным упором, закрепленным на направляющих станины и ограничивающих перемещение суппорта (рис.7). Заготовки с несколькими ступенями обрабатывают по упору с мерными длиноограничителями, в качестве которых можно использовать наборы мерных плиток или специальные шаблоны, которые размещают между упором 1 (рис.8) и суппортом.
|
Рис.7. Продольный упор к токарному станку: 1 – корпус упора; 2 – прижимная планка; 3 – зажимной винт; 4 – регулировочный винт |
Рис.8. Обтачивание ступенчатого вала по упору с длиноограничителями: 1 – упор; 2 – регулировочный винт; 3 – мерные плитки - длиноограничители |
Правила построения технологического процесса
обработки детали
Правила для единичного производства:
Правила для серийного производства:
Содержание работы
Работа заключается:
Оборудование, инструмент, заготовки.
Оборудование: токарно-винторезный станок 1К62.
Приспособления: трёхкулачковый патрон.
Инструмент: режущий - резцы, сверла, зенкеры, развертки, измерительный – штангенциркули.
Заготовки: образцы заготовок, материал-сталь 30
Порядок выполнения работы.
Отчет о работе
Отчет должен содержать:
Таблица 1
Технологический процесс изготовления детали «палец»
|
Единичное производство |
Серийное производство |
Таблица 2
Технологическая карта токарной операции обработки
детали «Палец»
|
Наименование операции |
№ операции |
|||||
|
Токарная |
010 |
|||||
|
Количество деталей в партии |
100 |
|||||
|
Материал - сталь |
Марка – сталь30 |
σвр = 60 кг/мм2 |
||||
|
Станок |
16К20 |
Профессия рабочего |
Разряд |
|||
|
токарь |
3 |
|||||
|
Установ |
Переход |
Содержание переходов |
Схемы переходов |
Приспособления |
Инструмент |
|
|
режущий |
измерительный |
|||||
|
I |
- |
Установить заготовку в патрон за поверхность Ø32, с вылетом 52 мм |
Трехкулачковый самоцентрирующий патрон с сырыми кулачками, продольный упор, мерная плитка l = 50 мм |
Проходной резец Т15К6 |
Штангенциркуль |
|
|
1 |
Подрезать торец (поверхность 1) в размер 65 мм |
|||||
|
2 |
Точить поверхность (5) Ø25 мм на длину 50 мм |
Трехкулачковый самоцентрирующий патрон с сырыми кулачками, упор |
Упорный резец Т15К6 |
То же |
||
|
3 |
Точить фаску (6) 2 х 45° начисто |
Трехкулачковый самоцентрирующий патрон с сырыми кулачками |
Проходной резец Т15К6 |
То же |
||
|
4 |
Выточить канавку (4) шириной 3 мм, глубиной 1 мм |
Трехкулачковый самоцентрирующий патрон с сырыми кулачками, продольный упор |
Канавочный резец Т15К6 |
То же |
Задание:
Изучить токарную операцию обработки детали по заданию и
составить технологическую карту токарной обработки этой детали.
|
№ зада-ния |
№ вари-анта |
Для условий: |
|
1 |
1 |
Операция I при обработке детали «Втулка с канавкой». |
|
2 |
1 |
Операция II при обработке детали «Втулка с канавкой» |
|
3 |
2 |
Схема 1 последовательности обработки отверстия детали «Втулка» |
|
4 |
2 |
Схема 2 последовательности обработки отверстия детали «Втулка» |
|
5 |
3 |
Единичное производство, установ А, переходы обработки наружных поверхностей детали «Втулка». |
|
6 |
3 |
Единичное производство, установ А, переходы обработки отверстия детали «Втулка». |
|
7 |
3 |
Единичное производство, установ Б при обработке детали «Втулка». |
|
8 |
4 |
Серийное производство, операция I при обработке детали «Втулка». |
|
9 |
4 |
Серийное производство, операция II при обработке детали «Втулка». |
Вариант 1
|
Технологический процесс изготовления детали «Втулка с канавкой» |
|
|
Операция I |
Операция II |
Вариант 2
|
Технологическая последовательность обработки отверстия у детали «Втулка» |
|
|
Схема 1 |
Схема 2 |
|
Вариант 3 |
Вариант 4 |
|
Технологический процесс изготовления детали «Втулка» |
|
|
Единичное производство |
Серийное производство |
Р а б о т а 9. РАЗРАБОТКА ПЛАНА ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ НА СТАНКЕ С ЧПУ
Цель работы:
1. Ознакомление с компоновкой и особенностями управления токарного станка с ЧПУ;
3. Приобретение навыков в разработке сложной многоинструментной операции обработки деталей на токарном станке с ЧПУ.
Теоретические положения
В настоящее время большинство токарных станков оснащаются системами ЧПУ. Станки отличаются, в частности, способами закрепления используемых инструментов, которые могут размещаться на сппорте, в револьверной головке (рис.1), в инструментальном магазине.
Рис.1 Схема токарного станка с ЧПУ
Револьверная головка имеет несколько пронумерованных пазов, в которых закрепляют инструмент (рис.2, а). При размещении инструментов в револьверной головке желательно нагружать ее равномерно (рис.2, б).
Под управлением станком понимют совокупность воздействий на его механизмы, обеспечивающие выполнение технологического цикла обработки, а под системой управления - устройство или совокупность устройств, реализующих эти воздействия.
Числовое программное управление (ЧПУ) - это управление, при котором программу задают в виде записанного на каком-либо носителе
|
а) вид револьверной головки |
б) ошибки нагружения револьверной головки |
Рис.2. Восьмипозиционная револьверная головка
массива информации. На токарных станках с ЧПУ в основном используют две системы управления: прямоугольную или контурную.
Прямоугольная система ЧПУ (рис.3, а) обеспечивает рабочие перемещения исполнительных органов станка поочередно вдоль его осей координат на требуемые расстояния в соответствии с заданной программой обработки заготовок. Координатные оси токарного станка с ЧПУ: ось вращения заготовки – ось z, направление, перпендикулярное к оси z в горизонтальной плоскости – ось х. Положительное направление осей: ось z – слева направо от шпинделя станка; ось х – от линии центров станка. По такой схеме осуществляют наружную обработку ступенчатых валов или растачивание ступенчатых отверстий.
|
а) |
б) |
Рис.3. Схемы обработки заготовок на токарном станке по прямоугольной (а) и контурной (б) системам ЧПУ
Контурная система ЧПУ (рис.3, б) обеспечивает автоматическое перемещение исполнительного органа станка по произвольной траектории. По такой системе осуществляют обработку конических и фасонных поверхностей заготовок.
По способу подготовки и ввода управляющей программы различают так называемые оперативные системы ЧПУ (в этом случае управляющую программу готовят и редактируют непосредственно на станке, в процессе обработки первой детали из партии или имитации ее обработки) и системы, для которых управляющая программа готовится независимо от места обработки детали. В станках с ЧПУ управление осуществляется от программоносителя, на который в числовом виде занесена и геометрическая, и технологическая информация. Разработка управляющей программы сводится к определению технологической последовательности выполнения стандартных блоков обработки. Блок обработки – это фрагмент управляющей программы, выполняемой одним инструментом на одной или нескольких поверхностях. Например:
и т. д.
Каждый блок содержит:
Пример плана и операционного эскиза операции обработки вала на токарном станке с ЧПУ, состоящей из четырех рабочих блоков, представлен на рис.4.
Использование конкретного вида оборудования с ЧПУ зависит от сложности изготовления детали и серийности производства. Чем меньше серийность производства, тем большую технологическую гибкость должен иметь станок. При изготовлении деталей со сложными пространственными профилями в единичном и мелкосерийном производстве использование станков с ЧПУ является почти единственным технически оправданным решением. Это оборудование целесообразно применять в случае, если невозможно быстро изготовить оснастку. В серийном производстве также
Рис.4. План и операционный эскиз операции обработки вала
на токарном станке с ЧПУ
целесообразно использовать станки с ЧПУ. В последнее время широко используют автономные станки с ЧПУ или системы из таких станков в условиях переналаживаемого крупносерийного производства.
Принципиальная особенность станка с ЧПУ - это работа по управляющей программе (УП), на которой записаны цикл работы оборудования для обработки конкретной детали и технологические режимы. При изменении обрабатываемой на станке детали необходимо просто сменить программу, что сокращает на 80...90% трудоемкость переналадки по сравнению с трудоемкостью этой операции на станках с ручным управлением.
Основные преимущества станков с ЧПУ:
производительность станка повышается в 1,5...2,5 раза по сравнению с производительностью аналогичных станков с ручным управлением;
сочетается гибкость универсального оборудования с точностью и производительностью станка-автомата;
снижается потребность в квалифицированных рабочих станочниках, а подготовка производства переносится в сферу инженерного труда;
детали, изготовленные по одной программе, являются взаимозаменяемыми, что сокращает время пригоночных работ в процессе сборки;
сокращаются сроки подготовки и перехода на изготовление новых деталей благодаря предварительной подготовке программ, более простой и универсальной технологической оснастке;
снижается продолжительность цикла изготовления деталей и уменьшается запас незавершенного производства.
Содержание работы
Работа заключается в ознакомлении с токарным станком с ЧПУ мод. 16К20Ф3С5; приобретении навыков в разработке сложной многоинструментной операции обработки деталей на токарном станке с ЧПУ и выпонении операционного эскиза ее выполнения.
Оборудование, инструмент,заготовки
Оборудование: токарный станок с ЧПУ мод. 16К20Ф3С5.
Инструмент:
режущий - резцы токарные проходные отогнутые с пластинами из твёрдого сплава; резцы токарные проходные упорные с пластинами из твёрдого сплава; резцы токарные расточные; резцы токарные сборные с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин.
мерительный – штангенциркули, микрометры.
Заготовки: штучные (прокат), диаметром 30…40 мм, длиной 400…600 мм, материал – сталь 35, 45.
Порядок выполнения работы
Отчет по работе
Отчет должен содержать:
Таблица
Варианты заданий
П р и м е ч а н и е: заготовки: прокат цилиндрический Ø32 – 37 мм.
Р а б о т а № 10. ФРЕЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Цель работы:
Теоретические положения
Ф р е з е р о в а н и е – один из высокопроизводительных и распространенных методов обработки поверхностей заготовок многолезвийным инструментом – фрезой.
На фрезерных станках обрабатывают горизонтальные, вертикальные, фасонные поверхности, уступы и пазы различных профилей у призматических деталей, деталей тел вращения, рычагов. При обработке таких поверхностей используют фрезы разных конструкций (рис.1).
Для осуществления процесса резания на фрезерном станке (рис.2) необходимы два движения: главное движение и движение подачи.
Г л а в н ы м д в и ж е н и е м является вращательное движение инструмента - фрезы.
Д в и ж е н и е м п о д а ч и является поступательное (иногда круговое) движение обрабатываемой заготовки в продольном, поперечном или вертикальном направлении, обеспечиваемое за счет перемещения стола станка.
Особенность процесса фрезерования – прерывистость резания каждым зубом фрезы. Зуб фрезы находится в контакте с заготовкой и выполняет работу резания только на некоторой части оборота, а затем продолжает движение, не касаясь заготовки до следующего врезания.
Элементы режимов резания
С к о р о с т ь р е з а н и я V – длина пути (в метрах), которую проходит за одну секунду наиболее удаленная от оси вращения точка главной режущей кромки, т.е. скорость окружного вращения фрезы, м/с: , где D – диаметр фрезы, мм; n – частота вращения фрезы, об/мин.
Отсюда число оборотов фрезы: об/мин.
Рис 1. Типы фрез: а) цилиндрическая, б) и в) дисковые, г) и д) концевые, е) и ж) торцовые и виды обрабатываемых ими поверхностей
|
Рис.2 Процесс фрезерования дисковой фрезой |
Рис. 3. Виды подач |
При фрезеровании различают следующие виды подач (рис.3): подачу на зуб, подачу на один оборот и минутную подачу.
П о д а ч е й на з у б (sz, мм/зуб) называется величина перемещения стола с обрабатываемой заготовкой или фрезы за время ее поворота на один зуб.
П о д а ч е й на о д и н о б о р о т ф р е з ы (so, мм/об) называется величина перемещения стола с обрабатываемой заготовкой или фрезы за один оборот фрезы.
Подача на один оборот равняется подаче на зуб, умноженной на число зубьев фрезы so = sz·z..
М и н у т н о й п о д а ч е й (sмин, мм/мин) называется величина относительного перемещения стола с обрабатываемой заготовкой или фрезы за одну минуту: sмин = so·n = sz·z· n, мм/мин.
На обрабатываемой заготовке при фрезеровании различают обрабатываемую поверхность, обработанную поверхность и поверхность резания (рис.4).
|
Рис. 4. Поверхности при фрезеровании |
Для всех видов фрезерования различают глубину резания и ширину фрезерования. Г л у б и н а ф р е з е р о в а н и я - расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями – t, мм (см. рис.1). Ш и р и н а ф р е з е р о в а н и я - ширина обработанной за один проход поверхности - В (мм) (см. рис.1). Слой металла, который необходимо удалить при фрезеровании, называется п р и п у с к о м на |
обработку. Припуск можно удалить в зависимости от его величины за один или несколько проходов.
Различают черновое и чистовое фрезерование. При черновом фрезеровании обработку производят с максимально допустимыми по условиям обработки глубинами резания и подачами на зуб. Чистовым фрезерованием получают детали с окончательными размерами и поверхностью с высокими классами шероховатости.
Компоновка горизонтально-фрезерного станка
Общий вид горизонтально-фрезерного станка представлен на рис.5.
Станок характеризуется горизонтальным расположением шпинделя и наличием трех взаимно перпендикулярных движений стола – продольного, поперечного и вертикального.
Горизонтально-фрезерные станки делятся на две разновидности – простые и универсальные. В универсальных – рабочий стол станка помимо указанных перемещений может еще поворачиваться вокруг вертикальной оси на угол до 45° в каждую сторону.
Основными узлами станка являются: основание 1, станина 2, хобот 4, консоль 7, салазки 6, стол 5, коробка скоростей с рабочим шпинделем 3, коробка подач.
С т а н и н а 2 станка служит для крепления всех узлов станка и механизмов станка.
Х о б о т 4 перемещается по верхним направляющим станины 2 и служит для поддержания с помощью серьги конца фрезерной оправки с фрезой. Он может быть закреплен с различным вылетом.
К о н с о л ь 7 представляет собой отливку коробчатой формы с вертикальными и горизонтальными направляющими. Вертикальными направляющими она соединена со станиной 2 и перемещается по ним. По гори-
Рис. 5. Общий вид горизонтально-фрезерного станка
зонтальным направляющим перемещаются салазки 6. Консоль 7 закреплена на направляющих специальными зажимами и является базовым узлом, объединяющим все остальные узлы цепи подач и распределяющим движение на продольную, поперечную и вертикальную подачи. Консоль 7 поддерживается стойкой, в которой имеется телескопический винт для ее подъема и опускания.
С т о л 5 монтируется на направляющих салазок 6 и перемещается по ним в продольном направлении. На столе 5 закрепляются заготовки, станочные и другие приспособления. Для этой цели рабочая поверхность стола 5 имеет Т-образные пазы.
С а л а з к и 6 являются промежуточным звеном между консолью 7 и столом 5 станка. По верхним направляющим салазок 6 перемещается стол 5 в продольном направлении, а нижняя часть салазок 6 вместе со столом 5 перемещается в поперечном направлении по верхним направляющим консоли 7.
Ш п и н д е л ь 3 фрезерного станка служит для передачи вращения режущему инструменту от коробки скоростей.
К о р о б к а с к о р о с т е й предназначена для передачи шпинделю станка различных чисел оборотов. Двигатель станка размещен на станине 2.
К о р о б к а подач служит для передачи столу 5 различных величин подач в продольном, поперечном и вертикальном направлениях. Привод механизма подач расположен внутри консоли и приводится в движение от отдельного двигателя.
Основные типы фрезерных станков
Вертикально-фрезерный станок (рис.6, а)
Характеризуется вертикальным расположением шпинделя и предназначен главным образом для работы торцовыми, концевыми и шпоночными фрезами.
Продольно-фрезерный станок (рис.6, б)
Его стол расположен на неподвижной станине и имеет лишь одно продольное перемещение. Предназначены для обработки корпусов и крупногабаритных деталей. Режущий инструмент – твердосплавные головки, концевые фрезы.
Барабанно-фрезерный станок (рис.6, в)
Особенность станка - имеет 4-х или 8-игранный барабан 6, смонтированный на валу 2 с горизонтальной осью вращения, 3 – приспособления для установки заготовок, 5 – две стойки, на которых размещены фрезерные головки 4 с индивидуальными приводами.
Карусельно-фрезерный станок (рис.6, г)
1 – станина, 2 – две вертикальные стойки с направляющими, 3 - горизонтальная плита, соединяющая стойки 2, 4 – траверса, которая смонтирована на вертикальных стойках 2 и может по ним перемещаться, 5 – шпиндельные головки, 6 – круглый поворотный стол с вертикальной осью вращения, медленно вращаясь, обеспечивает круговую подачу.
|
а) |
б) |
|
в) |
г) |
Рис.6. Основные типы фрезерных станков
Схемы обработки заготовок на фрезерных станках
Горизонтальные плоскости фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках цилиндрическими фрезами (рис.7 а) и на вертикально-фрезерных станках торцовыми фрезами (см. рис.7 б).
Вертикальные плоскости фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках торцовыми фрезерными головками (см. рис.7 в), а на вертикально-фрезерных станках концевыми фрезами (см. рис.7 г).
Наклонные плоскости фрезеруют торцовыми (см. рис.7 д) и концевыми фрезами на вертикально-фрезерных станках, у которых фрезерная головка со шпинделем поворачивается в вертикальной плоскости. Наклонные плоскости небольшой ширины фрезеруют на горизонтально-фрезерном станке дисковой одноугловой фрезой (см. рис.7 е).
Комбинированные поверхности фрезеруют набором фрез (см. рис.7 ж) на горизонтально-фрезерных станках.
Уступы и прямоугольные пазы фрезеруют концевыми (см. рис.7 з) и дисковыми фрезами на вертикально- и горизонтально-фрезерных станках.
Уступы и пазы целесообразнее фрезеровать дисковыми фрезами, так как они имеют большее число зубьев и допускают работу с большими скоростями резания.
Фасонные пазы фрезеруют фасонной дисковой фрезой (см. рис.7 к), угловые пазы – одно- и двухугловой (см. рис.7 л) фрезами на горизонтально-фрезерных станках.
Клиновой паз фрезеруют на вертикально-фрезерном станке за два прохода: прямоугольный паз – концевой фрезой, затем скосы – одноугловой фрезой (см. рис.7 м).
Т-образные пазы (см. рис.7 н), которые широко применяются в машиностроении как стандартные пазы, например, на столах фрезерных станков, фрезеруют обычно за два прохода: вначале паз прямоугольного профиля – концевой фрезой, затем нижнюю часть паза – фрезой для Т-образных пазов.
Схемы установки заготовок на станке
Заготовки призматической формы, как правило, устанавливают и закрепляют в тисках или устанавливают на две подкладки, расположенные непосредственно на столе станка, и закрепляют прихватами (рис.8).
Заготовки валов для фрезерования в них шпоночных пазов и лысок устанавливают в призмах или в тисках (рис.9). При установке рычагов, корпусных деталей, имеющих точные отверстия, используют эти отверстия (рис.10).
Рис. 7. Схемы обработки заготовок
Универсальные приспособления (прихваты, угловые плиты, призмы, машинные тиски и др.) предназначены для крепления различных заготовок. Их применяют главным образом в единичном и мелкосерийном производствах.
Рис.8. Установка заготовок призматической формы
Рис. 9. Установка валов в тиски при фрезеровании шпоночных пазов
Рис.10. Базирование деталей с точными отверстиями
П р и х в а т ы (рис.11) используют для закрепления заготовок сложной формы или больших габаритов непосредственно на столе станка. Прихват одним концом опирается на заготовку, другим – на подкладку. В качестве подкладки под прихваты используют ступенчатые подставки, бруски требуемой высоты или регулируемый по высоте изогнутый универсальный прихват (рис.10).
|
а) конструктивные разновидности прихватов |
б) универсальный прихват |
|
в) ступенчатые подставки |
Рис.11. Конструктивные разновидности прихватов и подставок
У г л о в ы е п л и т ы (рис. 12) применяют для установки и крепления заготовок, имеющих две плоскости, расположенные под углом 90°.Для правильной установки угловой плиты на столе ее основание имеет шип 3, который входит в паз стола станка. Прежде, чем закреплять заготовку на угловой плите, надо тщательно выверить правильность
|
установки самой плиты на столе станка с помощью рейсмаса или индикатора. М а ш и н н ы е т и с к и (рис.13) по конструкции подразделяются на простые, поворотные и универсальные. В крупносерийном и массовом производствах применяются специальные приспособления для установки и закрепления определенной детали. |
Рис. 12. Угловая плита |
Рис. 13. Машинные тиски: а) простые тиски; б) поворотные, отличаются от простых тем, что верхняя часть тисков вместе с обрабатываемой заготовкой может быть повернута на требуемый угол; в) универсальные тиски, могут поворачиваться в горизонтальной и вертикальной плоскостях; г) тиски, подвижная губка которых может поворачиваться вокруг вертикальной оси, применяется для зажима заготовок с наклонными опорными поверхностями; д) тиски с эксцентриковым зажимом, применяются для быстрого зажима заготовок небольших размеров
Разработка схемы обработки фрезерной операции
На схеме условно и з о б р а ж а ю т:
Инструмент п о к а з ы в а ю т в положении, соответствующем окончанию обработки поверхности заготовки.
Обработанную поверхность на схеме в ы д е л я ю т утолщенными линиями. Указывают ее размер с отклонениями и шероховатость.
На схемах обработки показывают характер движений резания и их технологическое назначение, используя условные обозначения:
Содержание работы
Работа заключается:
Оборудование, инструмент, заготовки.
Оборудование: универсально-фрезерный станок.
Приспособление: тиски фрезерные.
Режущий инструмент: - фрезы: концевая, торцовая, цилиндрическая, дисковая.
Заготовки: призматические и цилиндрические.
Порядок выполнения работы.
ЗАДАНИЕ: Изучить фрезерные операции обработки деталей по заданию (табл.) и составить технологические схемы обработки их выполнения.
Таблица
З а д а н и я
|
№ задания |
Фрезерная операция |
Содержание операции |
|
1 |
Фрезерование боковой плоскости у призматической детали |
Продолжение табл.
|
№ задания |
Фрезерная операция |
Содержание операции |
|
2 |
Фрезерование закрытого шпоночного паза у призматической детали |
|
|
3 |
Фрезерование наклонной плоскости у призматической детали |
|
|
4 |
Фрезерование сквозного шпоночного паза у вала |
|
|
5 |
Фрезерование закрытого шпоночного паза у вала |
Продолжение табл.
|
№ задания |
Фрезерная операция |
Содержание операции |
|
6 |
Фрезерование закрытого шпоночного паза у вала |
|
|
7 |
Фрезерование паза в бруске |
|
|
8 |
Фрезерование шлицев в головках винтов. |
|
|
9 |
Фрезерование граней головки винта набором фрез. |
Продолжение табл.
|
№ задания |
Фрезерная операция |
Содержание операции |
|
10 |
Фрезерование паза типа «ласточкин хвост» за два прохода: вначале фрезеруют паз прямоугольного профиля – концевой фрезой, затем скосы паза – одноугловой фрезой.. |
|
|
11 |
Фрезерование зубьев зубчатого колеса с вертикальным расположением шпинделя делительной головки. |
|
|
12 |
Фрезерование зубьев зубчатого колеса с горизонтальным расположением шпинделя делительной головки. |
|
|
13 |
Фрезерование фасонного профиля набором из четырех фрез. |
Отчет о работе
Отчет должен содержать:
Тесты к лекции 1
2. Химический анализ показал наличие в стали следующих элементов C = 0,42%, Mn= 0,70%, Cr = 0,75, Ni = 1%, остальное – Fe. Определите марку стали
3. Какую сталь можно использовать для изготовления рессор и пружин
4. Предложите материал для листовой гибки корпуса из перечисленных ниже материалов:
5. Предложите материал для изготовления передачи винт-гайка качения, режимы работы которой аналогичны режимам работы шариковых подшипников качения:
6. Для неизвестного стального образца были определены механические свойства: твердость 2850 Н/мм2, относительное удлинение 10 %, предел текучести 800 Н/мм2, предел прочности 3000 Н/мм2. Определите материал образца:
7. Предложите типовой режим термической обработкидля изготовления прямозубого зубчатого сателлита из стали 30ХГТ
Тесты к лекции 2
1. Какие операции включает в себя технологический процесс ковки:
2. На какие операции разделяются операции ковки:
3. Какой диаметр отверстия матрицы необходимо назначить при волочении катаного холодного прутка диаметром D
4.Какие материалы не рекомендуется подвергать прессованию:
5.Что является главным фактором, определяющим температуры начала и конца деформации, при объемной горячей штамповке:
6. Каков порядок операций технологического процесса формоизменения при объемной штамповке независимо от вида используемого оборудования:
7. Как называется полость штампа в горячей объемной штамповке:
8. Каких способов объемной штамповки не существует:
Тесты по лекции 3
1. Целесообразно ли использовать электроэрозионную обработку для детали средней сложности при твердости материала 65 HRC
2. Плотность энергии при воздействии лазерного излучения составляет:
3. Какой метод дает наименьшую шероховатость обработанной поверхности из перечисленных:
4. Какой из перечисленных методов обработки имеет максимальную подачу из перечисленных
5. Какой из перечисленных методов дает более высокий квалитет точности обработки отверстий
6. Найдите методы, относящиеся к бесконтактным
7. Перечислите, для каких методов обработки удельная энергия обеспечивает полное разрушение связей между молекулами и атомами:
8. Перечислите, в какой рабочей среде может осуществляться электроэрозионная обработка
V. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ БИЛЕТЫ
Экзаменационный билет №___1__
по ____Технологические процессы в машиностроении
Экзаменационный билет №___2_
по _ Технологические процессы в машиностроении
Ее достоинства и недостатки.
Экзаменационный билет №___3
по ____ Технологические процессы в машиностроении
Экзаменационный билет №___4
по _____ Технологические процессы в машиностроении
Экзаменационный билет №___5
по ____ Технологические процессы в машиностроении
Преподаватель _________________________
Зав. кафедрой ТМС _____________________
Экзаменационный билет №___6
по ____ Технологические процессы в машиностроении
Экзаменационный билет №___7
по ____ Технологические процессы в машиностроении
Экзаменационный билет №___8
по ____ Технологические процессы в машиностроении
Экзаменационный билет №___9
по ____ Технологические процессы в машиностроении
Экзаменационный билет №___10
по ____ Технологические процессы в машиностроении
Экзаменационный билет №___11
по ____ Технологические процессы в машиностроении
Экзаменационный билет №___12
по ____ Технологические процессы в машиностроении
Экзаменационный билет №___13
по ____ Технологические процессы в машиностроении
Экзаменационный билет №___14
по ____ Технологические процессы в машиностроении
Экзаменационный билет №___15__
по ____ Технологические процессы в машиностроении
Экзаменационный билет №___16
по ____ Технологические процессы в машиностроении