Материаловедение – наука, изучающая связь между химическим составом, структурой и свойствами материалов и закономерности изменения этих свойств под влиянием внешних воздействий, реализуемых в процессе производства, упрочняющей обработки и эксплуатации изделий из этих материалов.
2.Материалы используемые при производстве чугуна
Чугуном называется сплав железа с углеродом, который содержит более 2 % углерода.
Около 80 % всего количества выплавляемого чугуна составляет передельный чугун, являющийся исходным продуктом для производства стали. Для производства литых деталей на машиностроительных заводах используют литейный чугун (15—20 % от количества производимого чугуна), а в качестве легирующих добавок и раскислителей при выплавке стали — ферросплавы: ферромарганец и ферросилиций (1—2 % от общей выплавки чугуна).
Для производства чугуна используют руды следующих основных типов:
— магнитный железняк (магнезит) содержит 45— 70 % железа в виде оксида Fe3O4 и обладает магнитными свойствами. Руда имеет черный цвет, высокую плотность и трудно восстанавливается;
— красный железняк (гематит) содержит 50—60 % железа в виде безводного оксида Fe2O3. В нем мало вредных примесей серы и фосфора; по сравнению с магнитным железняком легче восстанавливается. Благодаря этому красные железняки относятся к лучшим железным рудам;
— бурый железняк (лимонит) содержит около 30 % железа в виде водного оксида Fe2O3 • ЗН2О. Загрязнен серой и фосфором. Благодаря хорошей восстановимое™ использование небогатых руд бурого железняка экономически целесообразно;
— шпатовый железняк (сидерит) содержит 30—40 % железа в виде карбоната FeCO3. Руда характеризуется хорошей восстановимостью и низким содержанием серы и фосфора.
3.Устройство доменной печи
Доменная печь — домна (рис. 13) является шахтной печью непрерывного действия. Она имеет форму двух усеченных конусов, сложенных широкими основаниями, между которыми находится цилиндрическая часть, называемая распаром
Рис. 1. Схема доменной печи:
1 — летка для выпуска жидкого чугуна,
2 — расплавленный шлак,
3 — загрузочное устройство,
4 — газоотводная труба,
5 — капли расплавленного чугуна,
6 — капли шлакового расплава,
7 — фурмы для подачи воздуха,
8 — летка для выпуска расплавленного шлака
9— жидкий чугун
5.Физико-химические процессы, протекающие в доменной печи
Шихтовые материалы в доменной печи постепенно передвигаются вниз и, встречаясь с газовым потоком при различных температурах, претерпевают соответствующие изменения в составе и свойствах.
При движении материалов в направлении от колошника к горну происходят следующие процессы:
сушка материала;
разложение плавильных материалов;
восстановление железа и других элементов из окислов;
науглероживание восстановленного железа и образование чугуна;
образование шлаков;
горение углерода у фурм.
Вдуваемый в доменную печь через фурменные отверстия горячий воздух встречается с раскаленным коксом и происходит горение кокса по реакции
При этом выделяется большое количество тепла и температура у фурм повышается до 1700—1800°.
Углекислый газ, взаимодействуя с раскаленным коксом, приводит к образованию окиси углерода СО по реакции:
Окись углерода является энергичным восстановителем, способным соединиться не только со свободным кислородом, но и отбирать кислород из твердых окислов железа и других элементов.
7. кислородно конверторный способ выплавки стали
Кислородно-конвертерным процессом в нашей стране обычно называют процесс выплавки стали из жидкого чугуна и добавляемого лома в конвертере с основной футеровкой и с продувкой кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму
он обладает рядом преимуществ по сравнению с мартеновским и электросталеплавильным процессами. Основные:
более высокая производительность одного работающего сталеплавильного агрегата (часовая производительность мартеновских и электродуговых печей не превышает 140 т/ч, а у большегрузных конвертеров достигает 400—500 т/ч);
более низкие капитальные затраты, т.е. затраты на сооружение цеха, что объясняется простотой устройства конвертера и возможностью установки в цехе меньшего числа плавильных агрегатов;
меньше расходы по переделу, в число которых входит стоимость электроэнергии, топлива, огнеупоров, сменного оборудования, зарплаты и др.;
процесс более удобен для автоматизации управления ходом плавки;
благодаря четкому ритму выпуска плавок работа конвертеров легко сочетается с непрерывной разливкой.
Кроме того, по сравнению с мартеновским производством конвертерное характеризуется лучшими условиями труда и меньшим загрязнением окружающей природной среды.
9. способы раскисления стали
Раскисление стали - в процессе выплавки стали в дуговых печах металл содержит некоторое количество кислорода. Содержание его, как было показано выше, зависит от содержания в металле углерода.
Понижение содержания кислорода в стали или связывание его в достаточно прочные соединения называют раскислением стали.
Наиболее распространенным способом удаления кислорода стали служит глубинное (осаждающее) раскисление. Применяется оно при выплавке стали во всех сталеплавильных агрегатах и осуществляется присадкой в металл (поэтому «глубинное») элементов, связывающих кислород в достаточно прочные окислы. Более или менее полное удаление образовавшихся окисных включений — продуктов раскисления происходит в результате их осаждения — всплывания или выноса потоками металла и перехода в шлак или на твердые межфазные поверхности.
Вторым способом раскисления стали служит диффузионное раскисление, происходящее в результате развития диффузионных процессов между металлом и шлаком, содержащим менее 1 % FeO. Такой шлак может быть восстановителем по отношению к металлу и понижать в нем содержание кислорода.
Третий способ раскисления стали заключается в обработке стали вакуумом. Основан он на том, что в вакууме понижается равновесное с углеродом содержание кислорода.
10. способы разливки стали
Способы разливки стали - в настоящее время разливку стали ведут преимущественно в изложницы или на установках непрерывной разливки (МНЛЗ). Способ разливки стали в изложницы делят на: разливку стали сверху или сифонную разливку стали.
Преимущества сифонной разливки стали:
Возможность одновременной (на одном поддоне) отливки четырех — шести слитков массой 3—7 т и до шестидесяти более мелких слитков, что позволяет плавки большой массы разливать с меньшей общей продолжительностью.
Удобство наблюдения за поверхностью поднимающегося в изложнице уровня металла и возможность регулирования скорости разливки стали в относительно большом интервале в зависимости от температуры и состава металла.
Лучшая поверхность слитков и уменьшение в 2,5—4 раза затрат труда на зачистку слитков и прокатанных заготовок.
Недостатки сифонной разливки стали:
Уменьшение из-за потерь с литниками выхода годного металла 4 на 0,9—1,3% в зависимости от массы слитка.
Увеличенный расход огнеупорных изделий на центровые и сифонные проводки, обслуживание и содержание дополнительного оборудования и повышенные затраты труда на подготовку поддонов.сборку центровых.
Сифонная разливка стали
11.Строение стального слитка
Залитая в изложницу сталь затвердевает с различной скоростью у поверхности и внутри слитка. На поверхности слитка сначала образуется плотный слой мелких кристаллов (рис. 28). Затем кристаллы растут перпендикулярно к охлаждающей поверхности изложницы IV (зона вытянутых или столбчатых кристаллов). Внутренняя часть слитка V охлаждается медленнее, в ней кристаллы ориентированы в разные стороны. В верхней части слитка выше линии А Б образуется пустота — усадочная раковина, а ниже — осевая усадочная рыхлость.
Рис. 28. Строение слитка, заполненного сверху: I— усадочная раковина; II — прибыльная часть; III —зона мелких зерен; IV — зона вытянутых зерен; V — зона кристаллов в центральной части слитка; VI — донная часть слитка
Часть первичных кристаллов, образующихся в центре, может опускаться вниз, на дно слитка, и увлекать за собой неметаллические включения. Поэтому у слитков, предназначенных для ответственных поковок, удаляют кисть, лежащую ниже линии аб. Для изделий используют только здоровую чисть слитка, составляющую 68—75% и его веса.
Кроме усадочной раковины и пористости и неоднородного строения, наблюдаются и другие пороки слитка. Газовые раковины образуются в слитках от присутствия в них водорода, азота и окиси углерода.
12 сущность обработки металлов давлением
Обработка металлов давлением — технологический процесс получения заготовок или деталей в результате силового воздействия инструмента на обрабатываемый материал.
Виды обработки металлов давлением
Прокатка
Прокатка заключается в обжатии заготовки между вращающими валками. Силами трения заготовка втягивается
Прессование
Прессование заключается в продавливании заготовки, находящейся в замкнутой форме, через отверстие матрицы, причём форма и размеры поперечного сечения выдавленной части заготовки соответствуют форме и размерам отверстия матрицы.
Волочение
Волочение заключается в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы; площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и получает форму поперечного сечения отверстия матрицы.
Ковка
Ковкой изменяют форму и размеры заготовки путём последовательного воздействия универсальным инструментом (бойками) на отдельные участки нагретой заготовки.
Штамповка
Штамповкой изменяют форму и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента — штампа (для каждой детали изготовляют свой штамп)
13. Нагрев металлов при обработке давлением
К нагревательным устройствам предъявляют следующие основные требования: температура нагреваемого металла должна быть известна в любой момент процесса; нагреваемые заготовки должны быть изолированы от окисляющего действия пламени; нагревание должно производиться постепенно и равномерно.
При соблюдении этих требований удается избежать внутренних напряжений в металле, вызываемых очень быстрым и неравномерным нагреванием; выдержать необходимый для каждого металла интервал температуры и предупредить тем самым возможность пережога; уберечь поверхность заготовок от порчи вследствие окисления.
Для нагрева заготовок применяют пламенные печи, методические печи, нагревательные колодцы, электропечи. Пламенные печи работают на твердом, жидком и газообразном топливе. В таких печах можно нагревать заготовки сравнительно небольшого размера, так как объем рабочего пространства незначителен.
В прокатном производстве металл нагревают в методических печах или в нагревательных колодцах.
Слитки большого веса, например строительного, рельсового и другого проката, нагревают в нагревательных колодцах.
Лучшими нагревательными устройствами являются электрические печи сопротивления камерного и методического типа. В них заготовки нагреваются во много раз быстрее, чем в пламенных печах.
14. нагревательные устройства для нагрева металла перед обработкой давлением
Для нагрева металлов под обработку давлением наибольшее распространение получили пламенные печи, работающие на твердом, жидком или газообразном топливе. В зависимости от способа загрузки заготовок и характера распределения температур в рабочем пространстве они делятся на камерные (периодического действия) и методические (непрерывного действия).
Разновидностью камерных печей являются нагревательные колодцы, используемые для одновременного нагрева нескольких крупных слитков, предназначенных для обработки на обжимных прокатных станах.
Для подогрева воздуха и газообразного топлива теплом отходящих газов (продуктов горения) пламенные печи оборудуются регенераторами
или рекуператорами. В отличие от регенераторов в рекуператорах (особых трубах) потоки отходящих газов н нагреваемого воздуха проходят непрерывно и каждый по своим каналам. Через стенки этих каналов (труб) и осуществляется теплообмен. Рекуператоры бывают керамические и металлические .
Недостатки пламенных печей—обезуглероживание стали и высокий поверхностный угар металла.
Электрические печи сопротивления обеспечивают высокое качество нагрева и возможность точного регулирования температуры. Они применяются в основном для нагрева сплавов цветных металлов , имеющих невысокую по сравнению со сталью температуру начала обработки давлением.
Электронагревательные устройства делятся на контактные и индукционные. При контактном элекгронагреве заготовка зажимается между медными контактами, и через нее пропускают ток большой силы. Нагрев происходит за счет выделения тепла в результате омического сопротивления заготовки. Индукционный нагрев осуществляют на установках ТВЧ I—3.21). Заготовка помещается внутрь индуктора, по которому пропускают ток высокой частоты. Индуктируемый в заготовке ток нагревает ее до требуемой температуры.
Электронагрев обеспечивает высокую скорость нагрева, удобство регулирования температуры, почти полное отсутствие угара металла, возможность автоматизации подачи и выдачи заготовок.
15.Прокатка
Прокатка — один из самых распространённых видов обработки металлов давлением. Заключается в обжатии металла между двумя, реже тремя, вращающимися в разные стороны валками. Силами трения заготовка затягивается в зазор между валками и обжимается по высоте. Тангенс угла захвата равен коэффициенту трения. После прокатки отношение площади сечения заготовки к площади сечения готового профиля равно отношению длины готового профиля к длине исходной заготовки ( то есть объем при прокатке не изменяется) без учёта потерь по переделу и называется коэффициентом вытяжки.
Прокаткой получают прокат различного назначения.
Если температура прокатки выше температуры рекристаллизации, то прокатку называют горячей. Если температура прокатки ниже температуры рекристаллизации, то прокатку, в зависимости от температуры, называют тёплой, либо холодной.
16.инструмент и оборудование прокатки
Машины поперечно-клиновой прокатки применяются для обработки давлением осесимметричных деталей путем изменения поперечного сечения.
В производстве находится три базовых серии машин поперечно-клиновой прокатки, каждая из которых, в свою очередь, разбивается на подгруппы в зависимости от метода прокатки: холодной, теплой, горячей. Исходя из этого основного оборудования, фирма изготавливает специализированные установки в соответствии с индивидуальными требованиями того или иного производства. Благодаря тому, что все модели прокатных машин имеют специальную модульную конструкцию, имеется возможность поэтапного расширения их функциональных возможностей и степени автоматизации, а так же комплектования из отдельных узлов машин специального назначения.
На все модели машин поперечно-клиновой прокатки имеется возможность установки устройства автоматической смены инструмента.
17. ковка Сущность процесса ковки
Ковкой изменяют форму и размеры заготовки путём последовательного воздействия универсальным инструментом (бойками) на отдельные участки нагретой заготовки.
Ковка представляет собой процесс пластической деформации нагретого до
определенной температуры металла, происходящей под действием последовательных
ударов бойка молота или под давлением пресса. В результате металл
неограниченно течет во все стороны в пространстве между бойками и принимает форму
заданной поковки. В большинстве слу-
чаев поковка служит, заготовкой для дальнейшей механической обработки.
Ковка не только изменяет форму и размеры обрабатываемого металла, но и
способствует улучшению его структуры и механических свойств. Она измельчает и
уплотняет зерна, устраняет внутренние раковины и пузыри.
Свободная ковка обычно применяется для получения единичных поковок различной
формы и размеров, а также при изготовлении небольших партий поковок. Она
подразделяется на ручную и машинную.
1) Ручная ковка выполняется путем нанесения последовательных ударов
инструментом по металлу, лежащему на опор-
ной площади наковальни. Она применяется редко, обычно в единичном производстве и
при изготовлении мелких поковок для ремонтных работ.
2) Большее применение имеет машинная ковка, при которой заготовку укладывают на нижний боек ковочного молота или
пресса, а деформация обрабатываемого металла осуществляется, с помощью ударов верхнего подвижного бойка' молота или
под давлением пресса
3) Гибка предназначена для придания заготовке изогнутой формы по
заданному контуру. Приемы выполнения операции зависят от формы и размеров
заготовки. Загибание малой поковки производится на роге наковальни.
18. Основные операции ковки
К основным операциям ковки относятся: протяжка, разгонка, рубка, осадка, гибка, пробивка, прошивка, сварка.
Осадка и высадка. Осадка предназначена для уменьшения длины заготовки за счет увеличения ее поперечного сечения. Если осадка осуществляется не по всей длине заготовки, а только на отдельных ее участках, например, на концах или в середине, она называется высадкой. Осадку или высадку применяют в следующих случаях:
высадку — для получения отдельных утолщений на поковке
осадку — для утолщения поковки по всей длине;
Вытяжка или протяжка. Эта операция применяется для увеличения длины заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения. Вытяжка имеет следующие разновидности:
Кузнечная рубка. Рубка — операция, посредством которой поковку разделяют на части.
Рубка имеет следующие разновидности:
а) Разрубка— операция, в процессе которой заготовка только надрубается, оставаясь еще прочно соединенной в нетронутом участке.
б) Обрубка— отделение части материала по наружному контуру.
в) Вырубка — аналогичная операция отделения части металла по внутреннему контуру, широко применяемая при ковке ажурных изделий.
Гибка. Гибкой называется кузнечная операция, при которой поковке придается изогнутая форма по заданному контуру. При гибке толстых заготовок происходит искажение первоначальной формы и размеров поперечного сечения в зоне изгиба
Закручивание Сущность этой операции заключается в том, что одну часть поковки поворачивают по отношению к другой под углом вокруг общей оси.
19. оборудование свободной ковки материаловедение
Пневматические ковочные молоты
Пневматические молоты имеют ряд преимуществ по сравнению с паровоздушными молотами. Так, они не требуют наличия котельных и компрессорных установок, обладают большей быстроходностью, экономичностью, компактностью конструкции, не требуют значительных затрат на транспортировку и монтаж, просты в обслуживании. Поэтому пневматические молоты широко применяют на ремонтных предприятиях сельского хозяйства.
Пневматический молот (рис. 213, а) работает под действием сжатого воздуха при давлении 5-7 ат и применяется для изготовления мелких и средних поковок из прокатных профилей. Молот имеет два цилиндра: компрессорный 9, поршень которого приводится в движение от электродвигателя через кривошипно-шатунный механизм 10, и рабочий цилиндр 6, поршень которого соединен с бабой 4.
Паровоздушные молоты (рис. 213, б) бывают двух типов: простого действия, в которых с помощью пара или воздуха производится только подъем бабы, а опускание и удар осуществляются под действием силы тяжести падающих частей; двойного действия, в которых паром или воздухом производится подъем и опускание бабы. Широко применяются молоты двойного действия.
Молот работает следующим образом. Пар или воздух при помощи золотникового устройства 11 впускается в верхнюю полость цилиндра 12 над поршнем, - происходит падение бабы. Если пар или воздух подается в нижнюю полость цилиндра 12, то происходит подъем бабы 4. Масса падающих частей паровоздушных молотов 1-5 т.
20.Горячая объёмная штамповка
Горячая объёмная штамповка — это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента — штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки. В качестве заготовок для горячей штамповки применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки, хотя иногда штампуют из прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине.
Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла – облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высокие требования к точности заготовок по массе. Штамповкой в открытых штампах можно получить поковки всех типов.
Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процесс деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа постоянный и небольшой, образование в нем облоя не предусмотрено. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют. Например, нижняя половина штампа может иметь полость, а верхняя – выступ (на прессах), или верхняя – полость, а нижняя – выступ (на молотах). Закрытый штамп может иметь две взаимно перпендикулярные плоскости разъема. 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. Отрезка заготовок должна обеспечивать высокую точность.
21)машина с кривошипно-ползунным механизмом, предназначенная для штамповки различных деталей. Рабочей частью (инструментом) К. п. является Штамп, неподвижную часть которого крепят к столу, подвижную — к ползуну пресса Ползун перемещается кривошипно-ползунным механизмом . За один оборот кривошипа шатун совершает полный ход, во время которого при движении ползуна вперёд происходит штамповка. Усилие К. п. создаётся за счёт крутящего момента, передаваемого кривошипному валу электроприводом.
Кинематическая схема кривошипного пресса: 1 — ползун; 2 — тормоз; 3 — маховик; 4 — клиноремённая передача; 5 — электродвигатель; 6 — передаточный вал; 7 — зубчатая передача; 8 — муфта; 9 — кривошипный вал; 10 — шатун; 11 — плита для укрепления матрицы штампа.
22) Горизонтально ковочная машина представляет собой горизонтальный кривошипный пресс, который дополняется боковым механизмом, получающимдвижение от кулачков 13.
Главный ползун 6 машины, несущий пуансон 7, приводится движение от кривошипного вала 4 через шатун 5. Движение подвижной щеки вместе с подвижной матрицей 10 осуществляется от бокового ползуна 12 системой рычагов 11. Сам боковой ползун приводится в движение с помощью кулачков 13, сидящих на кривошипном валу 4. Движение на привод передает мотор 1 через клиноременную передачу 2 и маховик 3.Штампы горизонтальноковочных машин состоят не из двух частей, а из трех: неподвижной матрицы 9, подвижной 10 и пуансона 7, раскрывающихся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, что позволяет штамповать сложные поковки. Матрицы 9 и 10 имеют вертикальную плоскость разъема. Главный ползун 6 и боковой 12 горизонтальноковочной машины в отличие от кривошипных пресс осуществляют движение в горизонтальном направлении.
23) Объемная холодная штамповка применяется для изготовления деталей сложной формы, но малых размеров из металлов, обладающих высокой пластичностью. Процесс объемной штамповки — пластическая деформация деталей — подобен горячей штамповке. Однако отсутствие нагрева позволяет получить более точные детали и с более чистой поверхностью. Применение объемной штамповки в сочетании с другими штамповочными операциями позволяет получить детали, не требующие или почти не требующие дальнейшей механической обработки.К числу операций объемной штамповки относятся: осадка, объемная формовка, холодное выдавливание, высадка, чеканка, клеймение.Осадка среди других операций объемной штамповки является наиболее простой и часто применяемой. Она используется для расплющивания заготовок и при изготовлении деталей с односторонними и двусторонними выступами (рис. 43 а—в). При осадке металл свободно течет в радиальном направлении, а при наличии полостей в верхней или нижней частях штампа заполняет их.
24) Холодная штамповка - метод обработки давлением, который позволяет получить детали, часто не требующие дальнейшей обработки. При помощи этого метода изготовляют как крупные, так и мелкие детали (рамы и кузова автомобилей, шасси самолетов, элементы обшивки судов, детали часовых механизмов и др.).Листовая штамповка дает большую экономию в использовании металла, обеспечивая в то же время высокую производительность. Но наибольший эффект она дает при массовом и крупносерийном производстве.При холодной листовой штамповке применяются углеродистая и легированная стали, алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, а также неметаллические материалы: картон, эбонит, кожа, резина, фибра, пластмасса, поставляемые в виде листов, лент и полос.Основным технологическим оборудованием для изготовления изделий методом листовой штамповки являются вибрационные ножницы, кривошипные и гидравлические прессы.
К основным разделительным операциям относятся отрезка, вырубка, пробивка. К основным формоизменяющим операциям относятся гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, формовка.
25,26) Вырубка — операция по получению заготовки замкнутого контура.Пробивка — получение отверстий в детали нужной формы. Гибка — операция, при которой плоской заготовке придают изогнутую форму. Вытяжка — операция, превращающая плоскую заготовку в полую пространственную деталь или полуфабрикат 2. Вытяжкой изготовляют не только цилиндрические детали, но и сложные по форме коробчатые, конические и полусферические. Отбортовка — операция образования бортов по наружному контуру листовой заготовки или вокруг заранее пробитых отверстий. Она применяется главным образом для образования горловин у плоских деталей, необходимых как для нарезания резьбы, так и сварки или сбор
выдавливание
высадка
27) Кинематическая схема кривошипного пресса: 1 — ползун; 2 — тормоз; 3 — маховик; 4 — клиноремённая передача; 5 — электродвигатель; 6 — передаточный вал; 7 — зубчатая передача; 8 — муфта; 9 — кривошипный вал; 10 — шатун; 11 — плита для укрепления матрицы штампа.
28) Прокатка металлов является таким видом пластической обработки, когда исходная заготовка обжимается вращающимися валками прокатного стана в целях уменьшения поперечного сечения заготовки и придания ей заданной формы. Существует три основных способа прокатки : " продольная, " поперечная, " поперечно-винтовая (или косая).При продольной прокатке деформирование заготовки осуществляется между вращающимися в разные стороны валками. Оси прокатных валков и обрабатываемой заготовки параллельны (или пересекаются под небольшим углом). Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения - в противоположном.Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечиваются соответствующей профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят изделия, представляющие собой тела вращения (шары, оси, шестерни и пр.). Поперечно-винтовая или косая прокатка выполняется во вращающихся в одном направлении валках, установленных в прокатной клети под некоторым углом друг к другу. Станы косой прокатки используют при производстве труб
прокатка
волочение
29) Основной инструмент при волочении – волоки различной конструкции. Волока работает в сложных условиях: большое напряжение сочетается с износом при протягивании, поэтому их изготавливают из твердых сплавов. Для получения особо точных профилей волоки изготавливают из алмаза
30) Сущность процесса прессования заключается в выдавливании металла из замкнутого пространства контейнера через отверстия различного сечения — круглого, квадратного и других, после чего металл принимает форму прутка соответствующего профиля.Прессованием получают не только прутки различного профиля и размеров, но и трубы с внутренним диаметром до 800 мм. Материалами для прессования служат сталь, цветные металлы и их сплавы.Заготовками для прессования являются слитки, размеры которых (диаметр и длина) зависят от мощности пресса и профиля изделий. Подготовка слитков к прессованию состоит в нагревании их до температуры, установленной для
31) Наибольшее распространение получили прессы с гидравлическим приводом.Такие машины характеризуются простотой конструктивного выполнения и могут развивать значительные усилия; при этом в процессе работы исключается возможность появления перегрузки, а скорость рабочего хода плунжера пресса легко регулируется изменением количества подаваемой в цилиндры жидкости. Прессы с механическим приводом от электродвигателя для прессования металла применяются значительно реже.Гидравлические прессы строят: с горизонтальным перемещением пресс-шайбы и прутка с максимальным усилием прессования от 6000 до 600000 кН; с вертикальным перемещением пресс-шайбы с максимальным усилием прессования от 3000 до 10000 кН.
32) Литейное производство — отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок. Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5—500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т. д.).Для изготовления отливок применяют множество способов литья:в песчаные формы , в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.
33) Жидкотекучесть. Это- способность металлов и сплавов течь по каналам формы и заполнять ее.Заполнение литейных форм является сложным гидродинамическим и физико-химическим процессом. Главным фактором, определяющим уровень жидкотекучести, являются свойства сплава в жидком состоянии: теплофизические свойства, особенности кристаллизации, вязкость, окисляемость. На жидкотекучесть влияют также условия плавки и заливки, перегрев металла, насыщение металла посторонними включениями, условия подвода металла к форме. Заполняемость. Она характеризует способность металлов и сплавов воспроизводить контур отливок в особо тонких сечениях, где в значительной степени проявляется действие капиллярных сил.Характер затвердевания. Характер затвердевания металлов и сплавов определяет особенность перехода металла из жидкого состояния в твердое. Характер формирования литой поверхности. Под характером формирования литой поверхности металлов и сплавов подразумевают их способность воспроизводить профиль поверхности формы (шероховатость, механический пригар), склонность к образованию макронеровностей (спаи), склонность к химическому взаимодействию с формой (химический пригар). Объемная усадка. Объемная усадка металлов и сплавов характеризует изменение объема металла при понижении температуры в жидком состоянии, в процессе затвердевания и при охлаждении твердого металла. Линейная усадка. Линейная усадка металлов и сплавов отражает изменение линейных размеров отливки после образования на ее поверхности жесткого кристаллического скелета и охлаждения до комнатной температуры.
34)
Схема устройства бескоксовой вагранки:
1 — водоохлаждаемая решетка, 2 — горелки, 3 — шлак. 4 — расплав чугуна, 5 — отверстие для вдувания пылевидного графита, 6, 7 — сопла подачи газа и воздуха, 8 — огнеупорная холостая колоша, 9 — шихта.Бескоксовая вагранка (рис. 6.12) имеет сопла для введения газа 6 и воздуха 7, которые дожигаются горелками 2. После расплавления шихты 9 чугунный расплав 4 стекает через слой огнеупоров 8 и решетку 1 (она состоит из стальных водоохлаждающих трубок) в горн. Учитывая угар углерода в процессе плавки на 5—12%, в горн через отверстие 5 вдувается пылевидный графит. Накапливаемый в горне чугун имеет температуру 1450— 1460°С, а на желобе вагранки 1400—1420°С. При использовании в качестве энергоносителя мазута сопла 6 заменяются форсунками.
35) Песчано-глинистые формы называют разовыми. Песчано-глинистые формы изготовляют из формовочных смесей в опоках при помощи моделей и другой модель-но-опочной оснастки.Литьем в песчано-глинистые формы изготовляют около 80 % общего количества отливок.Литье в песчано-глинистые формы не обладает идентичными характеристиками, зато имеет свои преимущества. К ним следует отнести: масса отливки может достигать величины сотен тонн ( станины станков), размеров от нескольких миллиметров до десятков метров, может изготовляться любой конфигурации и из любых литейных сплавов.
Технологический процесс производства отливок в опочных формах состоит из трех стадий: подготовительной, основной и заключительной.Модели служат для получения полости в земляной форме, которая по размерам и внешним очертаниям соответствует будущей отливке.Для получения отливок с отверстиями или углублениями на моделях в соответствующих местах предусматривают выступы – стержневые знаки, которые оставляют в форме отпечатки для установки стержней. Место, занимаемое в форме стержнем, не заполняется металлом и в отливке после удаления стержня образуется отверстие
36) Сущность технологии литья по выплавляемым моделям состоит в том, что по неразъемной легкоплавкой модели изготавливают неразъемную разовую форму. В пресс-формы (обычно металлические) запрессовывают модельный состав, который после затвердевания образует модели деталей и литниковой системы. Модельный состав удаляют, чаще всего выплавляя его в горячей воде (отсюда и название способа — литьё по выплавляемым моделям). Полученные оболочки прокаливают при температуре 800—1000°С и заливают металлом.Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение сложных по форме отливок массой от нескольких грамм до десятков килограмм, со стенками толщиной от 0,5 мм и более, с поверхностью, соответствующей 4—6-му классам чистоты, и с высокой точностью размеров по сравнению с другими способами литья. Размеры отливок, полученных литьем по выплавляемым моделям, максимально приближены к размерам готовой детали, вследствие чего за счёт сокращения механической обработки снижается стоимость готового изделия.
37) Оболочковая форма представляет собой две скрепленные рельефные полуформы с толщиной стенок 5—15 мм. Такие формы изготовляются из песчано-смоляной смеси, состоящей из мелкого кварцевого песка и фенольно-формальдегидной порошкообразной термореактивной смолы (пульвербакелита), которая используется в качестве связующего.Процесс изготовления оболочковых форм основан на свойствах термореактивной смолы плавиться при нагревании и обволакивать зерна песка. При дальнейшем нагревании смола затвердевает и, связывая зерна песка, образует прочную оболочку. Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.
38) Литье под давлением применяют преимущественно для изготовления изделий из термопластов. Осуществляют под давлением 80-140 МПа на литьевых машинах поршневого или винтового типа, имеющих высокую степень механизации и автоматизации .Литьевые машины осуществляют дозирование гранулир. материала, перевод его в вязкотекучее состояние, впрыск (инжекцию) дозы расплава в литьевую форму, выдержку в форме под давлением до его затвердевания или отверждения, размыкание формы и выталкивание готового изделия. При переработке термопластов методом литья под давлением литьевую форму термостатируют (температура ее не должна превышать температуры стеклования или температуры кристаллизации), а при переработке реактопластов нагревают до температуры отверждения. Давление литья зависит от вязкости расплава материала, конструкции литьевой формы, размеров литниковой системы и формуемых изделий. Литье при сверхвысоких давлениях (до 500 МПа) уменьшает остаточные напряжения в материале, увеличивает степень ориентации кристаллизующихся полимеров, что способствует упрочнению материала и обеспечивает более точное воспроизведение размеров деталей.
39) Литьё центробежное, изготовление отливок в металлических формах, при котором расплавленный металл подвергается действию центробежных сил. Заливаемый металл отбрасывается к стенкам формы и, затвердевая, образует отливку. Этот способ литья широко распространён в промышленности при получении пустотелых отливок со свободной поверхностью — чугунных и стальных труб, колец, втулок, обечаек и т. п. В зависимости от положения оси вращения форм различают горизонтальные и вертикальные литейные центробежные машины. Горизонтальные машины наиболее часто применяют при изготовлении труб. При получении отливок на машинах с вертикальной осью вращения металл из ковша заливают в форму, укрепленную на шпинделе, приводимом во вращение электродвигателем. Центробежная сила прижимает металл к боковой цилиндрической стенке. Форма вращается до полного затвердевания металла, после чего её останавливают и извлекают отливку. Сложные внутренние стенки отливки выполняют при помощи стержней. Стенки форм для отливок со сложной наружной поверхностью покрывают формовочной смесью, которую уплотняют роликами, образуя необходимый рельеф. Отливки, полученные методом центробежного литья, по сравнению с отливками, полученными другими способами, обладают повышенной плотностью во внешнем слое.
40) Сварка — процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Обычно применяется для соединения металлов. Термический класс: Электродуговая сварка, Ручная дуговая сварка, Сварка под флюсом, Газопламенная сварка. Термомеханический класс: Контактная сварка, Точечная сварка, Стыковая сварка, Сварка высокочастотными токами
41Электродуговая сварка; сущность; сварка плавящимся электродом.
Источником теплоты является электрическая дуга, возникающая между торцом электрода и свариваемым изделием при протекании сварочного тока в результате замыкания внешней цепи электросварочного аппарата. Сопротивление электрической дуги больше, чем сопротивление сварочного электрода и проводов, поэтому бо́льшая часть тепловой энергии электрического тока выделяется именно в плазму электрической дуги. Этот постоянный приток тепловой энергии поддерживает плазму (электрическую дугу) от распада.
Выделяющееся тепло (в том числе за счёт теплового излучения из плазмы) нагревает торец электрода и оплавляет свариваемые поверхности, что приводит к образованию сварочной ванны — объёма жидкого металла. В процессе остывания и кристаллизации сварочной ванны образуется сварное соединение. Основными разновидностями электродуговой сварки являются: ручная дуговая сварка, сварка неплавящимся электродом, сварка плавящимся электродом, сварка под флюсом, электрошлаковая сварка.
Сварка плавящимся электродом является самым распространённым способом сварки; при этом дуга горит между основным металлом и металлическим стержнем, подаваемым в зону сварки по мере плавления. Этот вид сварки можно производить одним или несколькими электродами. Если два электрода подсоединены к одному полюсу источника питания дуги, то такой метод называют двухэлектродной сваркой, а если больше — многоэлектродной сваркой пучком электродов. Если каждый из электродов получает независимое питание — сварку называют двухдуговой (многодуговой) сваркой. При дуговой сварке плавлением КПД дуги достигает 0,7-0,9.
43Источники питания сварочной дуги.
Электрической характеристикой источника питания сварочной дуги, или внешней характеристикой источника питания, называется графически изображенная зависимость между напряжением на клеммах источника питания и сварочным током. Источники питания могут иметь следующие внешние характеристики: 1.Крупнопадающую. 2.Пологопадающую. 3.Жесткую. 4.Возрастающую.
Для ручной дуговой сварки наилучшая характеристика источника - крутопадающая, которая обеспечивает незначительное изменение сварочного тока при постоянных изменениях длины дуги в процессе сварки, которые требуют постоянно изменять напряжение на дуге. Длина дуги меняется в связи с отделением капель электрода в ванну, а увеличивающаяся длина дуги образует повышенное сопротивление дуги, для преодоления которого (чтобы не погасла дуга) требуется мгновенно увеличивать напряжение - в этом и заключается отзывчивость характеристики источника тока для поддержания стабильного горения дуги. При укорачивании дуги напряжение ей требуется меньшее, но должно ускоряться плавление
43Ручная дуговая сварка.
Для сварки используют электрод с нанесённым на его поверхность покрытием (обмазкой).
При плавлении обмазки образуется защитный слой, отделяющий зону сварки от атмосферных газов (азота, кислорода), и способствующий легированию шва, повышению стабильности горения дуги, удалению неметаллических включений из металла шва, формированию шва и т. д. В зависимости от типа электрода и свариваемых материалов электросварка производится постоянным током обеих полярностей или переменным током.
Ручная (TIG) и полуавтоматическая (MIG, MAG) импульсная сварка алюминия является более сложным процессом, чем электродуговая сварка чёрных металлов. Причиной тому — уникальные свойства алюминиевых сплавов, за которые они и ценятся.
44Автоматическая дуговая сварка под флюсом.
В англоязычной иностранной литературе именуется как SAW. В этом виде сварки конец электрода (в виде металлической проволоки или стержня) подаётся под слой флюса. Горение дуги происходит в газовом пузыре, находящемся между металлом и слоем флюса, благодаря чему улучшается защита металла от вредного воздействия атмосферы и увеличивается глубина проплавления металла.
45Контактная сварка; сущность и схема стыковой контактной сварки.
Контактная сварка — процесс образования неразъёмного сварного соединения путём нагрева металла проходящим через него электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия.
Контактная сварка преимущественно используется в промышленном массовом или серийном производстве однотипных изделий[1]. Применяется на предприятиях машиностроения, в авиационной промышленности.
Стыковая сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются по всей плоскости их касания, в результате нагрева. В зависимости от марки металла, площади сечения соединяемых деталей и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнять несколькими способами: сопротивлением, непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом.
Сварка сопротивлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 200 мм²[1]. Применяется в основном при сварке проволоки, стержней и труб из низкоуглеродистой стали относительно малых сечений[2].
Сварка оплавлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 100000 мм²[1], таких как трубопроводы, арматура железобетонных изделий, стыковые соединения профильной стали. Применяется для соединения железнодорожных рельсов на бесстыковых путях, для производства длинноразмерных заготовок из сталей, сплавов и цветных металлов
46Точечная контактная сварка.
Точечная контактная сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно в нескольких точках. Прочность соединения определяется размером и структурой сварной точки, которые зависят от формы и размеров контактной поверхности электродов, силы сварочного тока, времени его протекания через заготовки, усилия сжатия и состояния поверхностей свариваемых деталей. С помощью точечной сварки можно создавать до 600 соединений за 1 минуту[1]. Применяется для соединения тончайших деталей (до 0,02 мкм) электронных приборов, для сварки стальных конструкций из листов толщиной до 20 мм в автомобиле-, самолёто- и судостроении, в сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях промышленности.
47Роликовая (шовная) контактная сварка.
Шовная контактная сварка, также встречается название Роликовая сварка — сварочный процесс, при котором детали соединяются швом, состоящим из ряда отдельных сварных точек (литых зон), частично перекрывающих или не перекрывающих одна другую. В первом случае шов будет герметичным. Во втором случае шовная сварка выполненная отдельными точками без перекрытия практически не будет отличаться от ряда точек, полученных при точечной сварке. Процесс шовной сварки осуществляется на специальных сварочных станках с двумя (или одним[1]) вращающимися дисковыми роликами-электродами, которые плотно сжимают, прокатывают и сваривают соединяемые детали. Толщина свариваемых листов колеблется в пределах 0,2—3 мм[1][2]. Применяется при изготовлении различных емкостей, где требуются герметичные швы — бензобаки, трубы, бочки, сильфоны и др.
48Сварка в среде защитных газов; общая характеристика.
В первом случае электрическая дуга возбуждается между вольфрамовым или угольным электродом 1 и основным металлом 2 и горит в среде защитного газа 3. Для заполнения разделки в дугу подается присадочная проволока 4.
При сварке плавящимся электродом электрическая дуга горит в среде защитного газа 3 между сварочной проволокой 1 и основным металлом 2. Проволока подается механически с постоянной скоростью или переменной, зависящей от напряжения дуги.
Установка для сварки в среде защитных газов состоит из источника тока, сварочног автомата и полуавтомата, набора газоэлектрических горелок, очистителя и баллонов с газами.
Для полуавтоматической сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов применяются специальные шланговые полуавтоматы (ПШВ-1); сварочная головка полуавтомата перемещается вдоль шва, опираясь на подаваемую механически присадочную проволоку диаметром 1 — 2 мм.
Для автоматической сварки неплавящимся и плавящимся электродом в среде защитных газов применяются специальные универсальные автоматы (АРК-1 и др.). Головка автомата укреплена вращающейся консоли, что дает возможность производить сварку на нескольких рабочих местах, расположенных вокруг колонны.
В качестве защитных газов применяются чистые аргон и гелий, смеси их между собой, а также смесь с некоторыми активными газами (водородом, кислородом и углекислым газом).
Аргон— инертный газ несколько тяжелее воздуха, надежно защищает дугу и зону сварки. Дуга в аргоне горит очень устойчиво. При сварке алюминиевых сплавов на переменном или постоянном токе обратной полярности происходит разрушение окисной пленки на поверхности металла.
Гелий — инертный газ в 10 раз легче воздуха. Расход гелия при сварке превышает расход аргона на 30 — 40%. При одном и том же сварочном токе дуга в гелии имеет большую тепловую мощность, чем в аргоне, и, следовательно, обладает большей проплавляющей способностью.
Аргоно-гелиевая смесь повышает устойчивость горения дуги и ее тепловую мощность.
49Сварка в атмосфере углекислого газа.
Углекислый газ, в котором горит сварочная дуга, защищает сварочную ванну от воздействия воздуха на расплавленный металл. Однако при этом под действием температуры сварочной дуги (5000—6000 °С) происходит диссоциация углекислого газа, и образующийся атомарный кислород, взаимодействуя с жидким металлом, приводит к выгоранию железа и полезных примесей. Вредное влияние кислорода при сварке в углекислом газе устраняют повышенным содержанием в сварочной проволоке марганца и кремния, которые раскисляют железо и, соединяясь с кислородом, всплывают в виде шлака.
По сравнению с ручной и некоторыми способами автоматической и полуавтоматической сварки сварка в углекислом газе низкоуглеродистых сталей получила широкое распространение благодаря высокой производительности процесса, малой токсичности выделяемых газов и самой низкой стоимости по сравнению с другими способами сварки.
50Газовая сварка; сущность процесса.
Газовая, или газоплавильная сварка — сварка плавлением с применением смеси кислорода и горючего газа, преимущественно ацетилена; реже — водорода, пропана, бутана, блаугаза, бензина и т. д. Тепло, выделяющееся при горении смеси кислорода и горючего газа, оплавляет свариваемые поверхности и присадочный материал с образованием сварочной ванны — металла свариваемого шва, находящегося в жидком состоянии. Пламя может быть окислительным или восстановительным, это регулируется количеством кислорода. В зависимости от состава основного металла выбирают состав присадочных прутков; а в зависимости от толщины основного металла — диаметр.
51Устройство и работа ацетиленового генератора.
Ацетиленовый генератор представляет собой устройство, предназначенное для получения ацетилена посредством разложения карбида кальция водой. Конструктивно ацетиленовый генератор изготавливают в двух модификациях - стационарный генератор или передвижной. Стационарными генераторами оснащаются предприятия, использующие одновременно большое количество сварочных постов. В частности, такие генераторы применяют для производства ацетилена с последующей закачкой в баллоны для работы передвижных сварочных постов. Передвижной ацетиленовый генератор применяют при сварке и резке на монтаже, прокладке трубопроводов, производстве металлических строительных конструкций.
Ацетиленовый баллон заполнен пористой массой: обычно используется пемза или активированный уголь пропитанный ацетоном (для снижения взрывоопасности), в котором растворяется ацетилен. Газовый редуктор, устанавливаемый на баллон, предназначен для понижения и регулирования давления ацетилена, поступающего из баллона, и автоматически поддерживает постоянное рабочее давление газа при питании постов и установок газопламенной обработки металлов. Манометры газового редуктора должны иметь надпись Ацетилен и графическое изображение. Ацетиленовый газовый редуктор в целях безопасности имеет другую конструкцию в сравнении с кислородным редуктором и его невозможно установить на вентиль кислородного баллона. Газовый редуктор для ацетилена не оснащается предохранительным клапаном, а отбор газа из баллона ведется через ниппель.
Стационарный или передвижной ацетиленовый генератор является устройством повышенной опасности. Во избежание взрыва, ацетиленовый генератор, а также газопроводы при централизованном снабжении газом газосварочных постов в случае возникновения внезапного возгорания газовой смеси оснащаются специальным предохранительным устройством - водяным затвором. Водяной затвор устанавливают только перед генератором или трубопроводом. Газовый редуктор на баллоне исключает применение водяного затвора. Данный тип сварочного оборудования предъявляет особые требования к квалификации сварщика и его знаниям устройства ацетиленового генератора.
52Устройство и работа газосварочной инжекторной горелки.
Инжекторная горелка не обеспечивает постоянства состава газовой смеси, так как состав меняется в процессе сварки; сварщик должен непрерывно следить за характером пламени и корректировать состав смеси ацетиленовым вентилем горелки.
Непостоянство состава смеси является существенным недостатком инжекторной горелки. Основное ее преимущество в том, что можно работать на любом низком давлении ацетилена, начиная с 50 мм вод. ст. Это преимущество является решающим, и в настоящее время наша промышленность пользуется почти исключительно инжекторными горелками, поскольку производство ацетилена среднего давления, достаточного для питания безынжекторных горелок, пока еще незначительно. Однако инжекторная горелка может работать на ацетилене не только низкого, но и высокого давления. Чем выше давление ацетилена, тем лучше работает инжекторная горелка.
Изменения состава газовой смеси под влиянием нагрева горелки и увеличения сопротивления истечения смеси из мундштука особенно заметны при низком давлении ацетилена. С увеличением давления изменения состава смеси уменьшаются, и при работе на ацетилене среднего давления инжекторная горелка работает почти так же устойчиво, как и безынжекторная. Инжекторная сварочная горелка дает сварочное пламя определенных размеров, изменение которых возможно лишь в незначительных пределах, так как значительное увеличение расхода газов вызывает отрыв пламени от мундштука и его потухание, уменьшение расхода газов вызывает проскакивание пламени внутрь горелки и обратный удар. В связи с этим необходимо прекратить работу горелки, полностью закрыть ацетиленовый вентиль на горелке, затем снова его открыть, повторно зажечь и отрегулировать сварочное пламя.
53Газокислородная резка металлов.
Этот вид резки представляет собой горение металла в струе кислорода. Перед этим обязателен предварительный подогрев места резки до температуры воспламенения (более точное определение — до момента начала оксидирования металла в кислороде). Предварительный подогрев дает пламя ацетилена или пламя газов-заменителей. После того, как место резки будет разогрето до температуры 300—1300°С (для каждого металла — свое конкретное значение), осуществляется пуск режущего кислорода. Кислород режет подогретый металл и одновременно удаляет образующиеся оксиды. Для того, чтобы процесс был беспрерывным, надо чтобы подогревающее пламя находилось всегда впереди струи кислорода.
Различные металлы в различной степени доступны для кислородной резки. Лучше всего режутся низкоуглеродистые стали с содержанием углерода не выше 0,3%. Среднеуглеродистые стали (углерод до 0,7%) режутся хуже. Резка высокоуглеродистых сталей вообще проблематична, а при наличии в составе углерода свыше 1% резка вообще невозможна без добавки специальных флюсов.
Высоколегированные стали не поддаются кислородной резке. Возможна только кислородно-флюсовая (специальные флюсы) резка или плазменно-дуговая, о которой речь пойдет в следующих главах. Плазменно-дуговая резка применяется и для разделки алюминия и его сплавов, для которых кислородная резка исключена. Медь, латунь и бронза могут быть разрезаны только кислородно-флюсовым составом (как и высоколегированные стали).
54Электрошлаковая сварка.
Электрошлаковая сварка (ЭШС) — вид электрошлакового процесса, сварочная технология, использующая для нагрева зоны плавления тепло шлаковой ванны, нагреваемой электрическим током. Шлак защищает зону кристаллизации от окисления и насыщения водородом. В холодном металле растворимость водорода на 2 порядка ниже, чем в жидком, а в атмосфере водорода всегда хватает. Поэтому, если металл без специальной защиты расплавить, а потом быстро охладить, то выходящий водород может спровоцировать образование трещин.Процесс сварки является бездуговым.В отличие от дуговой сварки для расплавления основного и присадочного металлов используют теплоту,выделяющуюся при прохождении сварочного тока через расплавленный электропроводный шлак(флюс) .Затем электрод погружают в шлаковую ванну ,горение дуги прекращается и ток начинает проходить через расплавленный шлак .Сварку выполняют снизу вверх чаще всего при вертикальном положении свариваемых деталей с зазором между ними. Для формирования шва по обе стороны зазора устанавливают медные ползуны-кристаллизаторы,охлаждаемые водой .По мере формирования шва ползуны перемещаются в направлении сварки. По виду электрода различают электрошлаковую сварку проволочным,пластинчатым электродом и плавящимся мундштуком;по наличию колебаний электрода-без колебаний и с колебаниями электрода;по числу электродов -одно-,двух-и многоэлектродную. Обычно электорошлаковую сварку применяют для соединения деталей толщиной от 50 мм до нескольких метров .Электрошлаковый процесс используют также для переплава стали из отходов и получения отливок.
55Сварка трением.
Сварка трением – это метод сварки при котором один компонент вращается относительно другого, и под двалением с сопряжённой деталью создает высокую температуру в соприкосающихся плоскостях. Сварка считается оконченной после применения сковки во время или после прекращения относительного движения.
Сварка трением – это полностью механический твердофазовый процесс, в котором высокая температура созданныя трением используется для создания идеальных условий для качественного монолитного сварного шва между однородными и неоднородными металлами.
В его самой простой форме, сварка трением заключается в фиксации двух деталей в осевой соосности. Затем вращать их под давлением для создания высокой температуры в сопряженных местах.
56Ультразвуковая сварка
Сварка осуществляется сближением атомов свариваемых металлических изделий на расстояние действия межатомных сил за счёт энергии ультразвуковых колебаний, вводимых в материалы. Ультразвуковая сварка характеризуется рядом положительных качеств, что несмотря на высокую стоимость оборудования, обуславливает её применение в производстве микросхем (сварка проводников с контактными площадками), прецизионных изделий, сварка металлов разных типов и металлов с неметаллами.
57Сварка электронным лучом.
Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) основана на использовании для нагрева энергии электронного луча.
Сущность данного процесса состоит в использовании кинетической энергии электронов, движущихся в высоком вакууме с большой скоростью. При бомбардировке электронами поверхности металла подавляющая часть кинетической энергии электронов превращается в теплоту, которая используется для расплавления металла.
Для сварки необходимо получить свободные электроны, сконцентрировать их и сообщить им большую скорость с целью увеличения их энергии, которая должна превратиться в теплоту при торможении в свариваемом металле.
Получение свободных электронов осуществляется путём применения раскаленного металлического катода, эмитирующего (испускающего) электроны. Ускорение электронов обеспечивается электрическим полем с высокой разностью потенциалов между катодом и анодом. Фокусировка - концентрация электронов - достигается использованием кольцевых магнитных полей. Резкое торможение электронного потока происходит автоматически при внедрении электронов в металл. Электронный луч, используемый для сварки, создается в специальном приборе - электронной пушке.
58Пайка металлов.
Пайка предусматривает применение преимущественно швов внахлестку, а это предполагает повышенный расход металла и применение довольно дорогих припоев. Поэтому пайка не находит такого широкого распространения, как сварка.
Существуют два вида пайки: низкотемпературная и высокотемпературная. Низкотемпературная пайка предусматривает применение припоев с температурой плавления ниже 550°С, а высокотемпературная — выше 550°С. Для низкотемпературной пайки используются электропаяльники и газовоздушные горелки, а для высокотемпературной — горелки, работающие на смеси ацетилена, бутана или пропана с кислородом. Если производится работа с крупногабаритным изделием, могут использоваться многопламенные горелки.
Остановимся на вопросе выбора припоев для пайки различных металлов. Для низкотемпературной пайки лучше всего применять оловянисто-свинцовые припои, а для высокотемпературной — медно-фосфористые, медно-цинковые и серебряные припои. Медно-фосфористые припои довольно хрупки и их нельзя применять в конструкциях, испытывающих нагрузки. А так припой широко используется при пайке металлов медной группы (меди, латуни, бронзы). Этот припой при пайке меди вообще не требует флюса. Медно-цинковые припои используются для пайки стали, никеля, чугуна. Могут использоваться и для пайки металлов медной группы. Самый широкий спектр применения имеют серебряные припои. Они обеспечивают высокое качество соединений практически всех черных и цветных металлов (исключение — алюминий, цинк).
59Технология сварки различных металлов и сплавов
1.Сварка углеродистых и низколегированных сталей
Стали с содержанием углерода до 0,25% относятся к низкоуглеродистым. Они хорошо свариваются всеми известными способами сварки. Стали, содержащие углерода 0,25–0,45%, относятся к среднеуглеродистым. Они обладают удовлетворительной свариваемостью. Их сваривают с предварительным подогревом, а после сварки подвергают термообработке – отжигу или нормализации. Стали, которые содержат углерода 0,45–0,75% относятся к высокоуглеродистым. Они плохо свариваются, поэтому их не применяют для сварки.
К низколегированным относятся стали, в которых содержание одного легирующего элемента не превышает 2%, а суммарное содержание всех легирующих элементов менее 2,5–5%.
2.Сварка теплоустойчивых сталей (стали типа М, МХ,ХМФ,Х5МФ)
Обычно сварку теплоустойчивых сталей производят вручную, короткой дугой, по тщательно очищенной поверхности. Возможны сварка в защитных газах, под флюсом, электрошлаковая, контактная.
Теплоустойчивые стали в процессе сварки склонны к образованию хо-лодных трещин. Поэтому их сварку необходимо вести быстро, без переры-вов, не допуская при этом как перегрева, так и чрезмерно быстрого охлаждения. Кроме того, применяют предварительный или сопутствующий подогрев деталей и последующую термическую обработку.
3.Сварка среднелегированных сталей
К среднелегированным относят стали, в которых содержание одного легирующего элемента не превышает 2–5%, а суммарное содержание всех элементов 5–10%. Они характеризуются высокими механическими свойствами (предел прочности 600–1200МПа).
Полная термообработка (закалка с последующим отпуском) сваренных деталей производиться в случаях, если химический состав основного металла и металла шва одинаков. Если изделие не подвергается термообработке, то его сварку можно произвести аустенитными электродами (ЭА-1а), но при этом микроструктура металла шва и основного металла будут резко отличаться между собой.
Наконец, сварные соединения из среднелегированных сталей могут подвергаться только высокому или низкому отпуску. Это делается в случае, если изделие, ввиду его крупных габаритов, нельзя подвергнуть полной термической обработке.
Основными методами сварки среднелегированных сталей являются сварка в углекислом газе, аргоне, сварка под флюсом, ручная сварка, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменная.
4. Сварка высоколегированных сталей
К высоколегированным относят стали, содержащие более 10% леги-рующих элементов. Из этой группы наибольшее распространение имеют нержавеющие хромистые и хромоникелевые стали. Главными легирующими элементами в этих сталях являются хром, никель, углерод (0,02–0,14%С), придающие этим сталям высокую коррозионную стойкость. Для улучшения свойств этих сталей в них дополнительно могут быть введены молибден, тантал, ниобий, марганец, азот.
5. Алюминиевые сплавы
Основными факторами, затрудняющими сварку алюминия, являются:
-алюминий легко окисляется с образованием тугоплавкого оксида алюминия Al2O3, имеющего температуру плавления 2050оС, что значительно превышает температуру плавления алюминия 658оС. Оксидная пленка препятствует сплавлению кромок, поэтому ее следует перед сваркой удалять и не допускать образования в процессе сварки;
-алюминий в жидком состоянии хорошо растворяет водород. При понижении температуры растворимость водорода в алюминии падает и он выделяется из металла в виде мельчайших пузырьков, что снижает прочность шва и нарушает герметичность соединения;
- при затвердевании алюминий и его сплавы дают большую усадку, вследствие чего вблизи шва могут образоваться трещины;
-большой коэффициент линейного расширения, что вызывает существенные деформации;
60Обработка металлов резанием; физические основы; стружкообразование.
Обработка металлов резанием – процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаимного расположения и шероховатости поверхностей детали.
Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщать относительные движения. Инструмент и заготовку устанавливают на рабочих органах станков, обеспечивающих движение.
Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя материала или вызывают изменение состояния обработанной поверхности заготовки, называют движениями резания:
Главное движение – определяет скорость деформирования материала и отделения стружки (Дг);
Движение подачи – обеспечивает врезание режущей кромки инструмента в материал заготовки (Дs);
Движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по характеру – вращательными, поступательными, возвратно-поступательными.
Движения подачи: продольное, поперечное, вертикальное, круговое, окружное, тангенциальное.
В процессе резания на заготовке различают:
обрабатываемую поверхность;
обработанную поверхность ;
поверхность резания .
Установочные движения – движения, обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя металла.
Вспомогательные движения – транспортирование заготовки, закрепление заготовки и инструмента, быстрые перемещения рабочих органов.
61.Классификация металлорежущих станков
Станки классифицируются по множеству признаков.
1)По классу точности металлорежущие станки классифицируются на пять классов:
-(Н) Нормальной точности
-(П) Повышенной точности
-(В) Высокой точности
-(А) Особо высокой точности
-(С) Особо точные станки (мастер-станки)
2)Классификация металлорежущих станков по массе:
-лёгкие (< 1 т)
-средние (1-10 т)
-тяжёлые (>10 т)
-уникальные (>100 т)
3)Классификация металлорежущих станков по степени автоматизации:
-ручные
-полуавтоматы
-автоматы
-станки с ЧПУ
-гибкие производственные системы
4)Классификация металлорежущих станков по степени специализации:
-универсальные. Для изготовления широкой номенклатуры деталей малыми партиями. Используются в единичном и серийном производстве. Также используют при ремонтных работах.
-специализированные. Для изготовления больших партий деталей одного типа. Используются в среднем и крупносерийном производстве
-специальные. Для изготовления одной детали или детали одного типоразмера. Используются в крупносерийном и массовом производстве.
62.Обработка на токарных станках
1) На токарных станках можно выполнять разнообразные работы, вести как черновую,
так и чистовую обработку деталей.
При черновой обработке (обдирочные работы) снимается основной припуск с
поверхности детали. Работа ведется с большой глубиной резания и большими подачами.
При чистовой обработке снимается минимальный припуск. Работа ведется с малыми
подачами.
2) Как известно, основным инструментом для токарных работ служит резец. Токарные
резцы изготавливаются из быстрорежущей стали. Они оснащаются
пластинками из ме-таллокерамических твердых сплавов и минералокерамики.
3) Помимо резцов, на токарных станках для обработки отверстий применяют также
сверла, зенкеры, развертки, для нарезания резьб .
режимы резания при точении
Процесс резания характеризуется определенным режимом. К элементам режима резания относятся глубина резания, подача и скорость резания.
Глубина резания t — величина срезаемого слоя за один проход резца, измеряемая в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности.
Подача (скорость подачи) — величина перемещения режущей кромки в направлении движения подачи за один оборот заготовки .При точении различают продольную подачу, направленную вдоль оси заготовки; поперечную подачу, направленную перпендикулярно оси заготовки; наклонную подачу под углом к оси заготовки .
Скорость резания V — путь, пройденный наиболее отдаленной от оси вращения точкой поверхности резания относительно режущей кромки резца за единицу времени (м мин). Скорость резания зависит от частоты вращения и диаметра обрабатываемой заготовки. Чем больше диаметр D заготовки, тем больше скорость резания при одной и той же частоте вращения.
64.явления имеющие место при обработке резанием
Резание металлов представляет собой сложный процесс, сопровождающийся многими внутренними и внешними явлениями. При этом имеют место три стадии деформации срезаемого слоя: упругая, пластическая, и разрушения.
Характер и величина деформации зависят от физико-химических свойств обрабатываемого материала, режимов резания, геометрии инструмента, применяемых смазочно-охлаждающих жидкостей.
Тепловые явления
Механическая работа затрачиваемая на срезание с заготовки припуска превращается в тепловую энергию.
Количество теплоты, выделяющееся в процессе резании, приближенно можно определил, из выражения Q=Pz V Дж/мин.
65. Характеристика метода строгания
Строгание — процесс обработки материалов резанием со снятием стружки, осуществляемый при относительном возвратно-поступательном движении инструмента или изделия.
Строгание в металлообработке
Для обработки металлов строганием применяются различные станки: поперечно- и продольно-строгальные, кромко-строгальные, строгально-долбежные и другие. Важным параметром таких станков является скорость резания равная скорости движения резца или изделия.
В настоящее время строгальный станок в металлообработке стал устаревшей технологией. Операция строгания обычно заменяется фрезерованием.
66. виды строгальных станков и их схемы
Строгальные станки для механической обработки древесины разбивают на следующие группы:
1)фуганки,
2)рейсмусовочные станки или рейсмусы с одной ножевой головкой,
3)то же с двумя ножевыми головками,
4)циклевальные станки,
5)четырехсторонние строгальные станки,
6)многоножевые строгальные станки,
7)калевочные станки.
Все эти станки делаются с ременным, ременно-электрифицированным и электрифицированным приводами.
Для обработки металлов строганием применяются различные станки: поперечно- и продольно-строгальные, кромко-строгальные, строгально-долбежные и другие.
Продольно-строгальная операция применяется для обработки плоских поверхностей крупных металлических деталей строгальными резцами. Главное рабочее движение (возвратно-поступательное) совершает стол с закрепленной на нем заготовкой. Стол приводится в движение механическим или гидравлическим приводом. Движение подачи резца осуществляется верхним суппортом, расположенным на траверсе над столом. Конструкционные особенности продольно-строгальных станков позволяют осуществлять контроль и управление скоростью перемещения стола, силу врезания резца и выхода из заготовки.
Долбёжный станок - металлорежущий станок для обработки труднодоступных прямых или наклонных наружных и внутренних поверхностей, пазов и канавок любых профилей (главным образом несквозных, с малыми расстояниями для выхода инструмента).
67.Режимы резания при сверлении
В процессе сверления сверло совершает два движения: главное движение — вращательное и движение подачи — поступательное.
Главное движение определяет скорость резания наиболее удаленной (периферийной) точки сверла.
Глубина резания при сверлении в сплошном металле t=
— —мм, при рассверливании t = ^~- мм (® — диаметр сверла;
d— диаметр рассверливаемого отверстия).
Подача на оборот S. (мм/об) при сверлении равна перемещению сверла или детали в направлении оси вращения за
дни оборот. Подача на одну режущую кромку сверла равна Sz = —^— мм. Минутная подача при сверлении Smm = Sji
ям/мин (п — число оборотов в минуту сверла пли шпинделя станка).
Для повышения производительности при сверлении следует работать с возможно большими скоростями и с максимальной подачей. Однако и та и другая лимитируются прочностью механизмов станка, стойкостью и прочностью сверла. Под стойкостью инструмента понимают период его работы от одной заточки до последующей. Необходимо выбрать такие оптимальные значения скоростей резания и подач, при которых одновре-менно обеспечивалась бы нужная стойкость инструмента.
Сверление — вид механической обработки материалов резанием, при котором с помощью специального вращающегося режущего инструмента (сверла) получают отверстия различного диаметра и глубины, или многогранные отверстия различного сечения и глубины.
Сверление необходимая операция для получения отверстий в различных материалах при их обработке, целью которой является:
Изготовление отверстий под нарезание резьбы, зенкерование, развёртывание или растачивание.
Изготовление отверстий (технологических) для размещения в них электрических кабелей, анкерных болтов, крепёжных элементов и др.
Отделение (отрезка) заготовок из листов материала.
Ослабление разрушаемых конструкций.
Закладка заряда взрывчатого вещества при добыче природного камня.
68.Инструмент применяемый при обработке на сверлильных станках
Сверление цилиндрических отверстий, а также сверление многогранных (треугольных, квадратных, пяти- и шестигранных, овальных) отверстий выполняют с помощью специальных режущих инструментов — свёрл. Свёрла в зависимости от свойств обрабатываемого материала изготавливаются нужных типоразмеров из следующих материалов:
Углеродистые стали (У8,У9,У10,У12 и др): Сверление и рассверливание дерева, пластмасс, мягких металлов.
Низколегированные стали (Х,В1,9ХС,9ХВГ и др): Сверление и рассверливание дерева, пластмасс, мягких металлов. Повышенная по сравнению с углеродистыми теплостойкость (до 250 °C) и скорость резания.
Быстрорежущие стали (Р9,Р18,Р6М5,Р9К5 и др): Сверление всех конструкционных материалов в незакалённом состоянии. Теплостойкость до 650 °C.
Свёрла, оснащенные твёрдым сплавом, (ВК3,ВК8,Т5К10,Т15К6 и др): Сверление на повышенных скоростях незакалённых сталей и цветных металлов. Теплостойкость до 950 °C. Могут быть цельными, с напайными пластинами, либо со сменными пластинами (крепятся винтами)
Свёрла, оснащённые боразоном: Сверление закалённых сталей и белого чугуна, стекла, керамики, цветных металлов.
Свёрла, оснащённые алмазом: Сверление твёрдых материалов, стекла, керамики, камней.
69.Виды сверлильных станков и их схемы
Операции сверления производятся на следующих станках:
Вертикально-сверлильные станки: Сверление - основная операция.
Горизонтально-сверлильные станки: Сверление - основная операция.
Вертикально-расточные станки: Сверление - вспомогательная операция.
Горизонтально-расточные станки: Сверление - вспомогательная операция.
Вертикально-фрезерные станки: Сверление - вспомогательная операция.
Горизонтально-фрезерные станки: Сверление вспомогательная операция.
Универсально-фрезерные станки: Сверление - вспомогательная операция.
Токарные станки: Сверло неподвижно, а обрабатываемая заготовка вращается.
Токарно-затыловочные станки: Сверление - вспомогательная операция. Сверло неподвижно.
Токарно-револьверные станки: Сверление - вспомогательная операция. Сверло может быть неподвижно (статический блок) или вращаться (приводной блок)
И на ручном оборудовании:
Механические дрели: Сверление с использованием мускульной силы человека.
Электрические дрели: Сверление на монтаже переносным электроинструментом (в том числе ударно-поворотное сверление).
Перфораторы.
70.Виды обоаботки отверстий на сверлильных станках; зенкование ,зенкерование,развёртывание,цекование.
А - сверление. В - растачивание. С - развертывание. D - зенкерование. E,G - зенковка. F - цековка. H - нарезка резьбы.
Зенко́вка — многолезвийный режущий инструмент для обработки отверстий в деталях с целью получения конических или цилиндрических углублений, опорных плоскостей вокруг отверстий или снятия фасок центровых отверстий. Применяется для обработки просверлённых отверстий под головки болтов, винтов и заклёпок.
Зенковки для цилиндрических углублений и опорных плоскостей часто называют цековки.
Зенкование - процесс обработки с помощью зенковки отверстия в детали для образования гнёзд под потайные головки крепёжных элементов (заклёпок, болтов, винтов).
Зенкерование (от нем. Senken) — вид механической обработки резанием, в котором с помощью специальных инструментов (зенкеров) производится обработка цилиндрических и конических отверстий в деталях с целью увеличения их диаметра, повышения качества поверхности и точности. Зенкерование является получистовой обработкой резанием.
Развёртывание — вид чистовой механической обработки отверстий резанием.[1]
Производят после предварительного сверления и зенкерования для получения отверстия с меньшей шероховатостью. Вращающийся инструмент — развёртка — снимает лезвиями мельчайшие стружки с внутренней поверхности отверстия. Условия резания и нагрузка на инструмент при выполнении развёртывания, и шероховатость поверхности схожи с так называемым протягиванием.
Не следует путать развертывание с зенкерованием. Последнее является получистовой операцией, выполняемой обычно над отверстиями в литых деталях с целью удаления литьевой шероховатости и получения отверстий невысокой точности.
71) Фрезерование - обработка металла фрезами.Фрезерование является распространенным видом механической обработки. Фрезерованием в большинстве случаев обрабатываются плоские или фасонные линейчатые поверхности. Фрезерование ведется многолезвийными инструментами – фрезами. Фреза представляет собой тело вращения, у которого режущие зубья расположены на цилиндрической или на торцовой поверхности. В зависимости от этого фрезы соответственно называются цилиндрическими или торцовыми, а само выполняемые ими фрезерование – цилиндрическим или торцовым. Главное движение придается фрезе, движение подачи обычно придается обрабатываемой детали, но может придаваться и инструменту – фрезе. Чаще всего оно является поступательным, но может быть вращательным или сложным.Процесс фрезерования отличается от других процессов резания тем, что каждый зуб фрезы за один ее оборот находится в работе относительно малый промежуток времени. Большую часть оборота зуб фрезы проходит, не производя резания. Это благоприятно сказывается на стойкости фрез. Виды фрезерования: а) – против подачи, б) – по подаче, в) – торцовой фрезой, г) – концевой фрезой
72) Фрезерные работы проводятся на универсально-фрезерных станках позволяющих осуществлять горизонтальное и вертикальное фрезерование, а также фрезерование под разными углами различным инструментом с использованием делительных головок и поворотных столов.
73) При попутном фрезеровании зуб начинает резание со слоя наибольшей толщины, поэтому в момент входа зуба в контакт с обрабатываемой заготовкой наблюдается явление удара. При встречном фрезеровании процесс резания происходит спокойнее, так как толщина срезанного слоя возрастает плавно и, следовательно, нагрузка на станок возрастает постепенно.
