Методические указания к самостоятельной подготовке

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ
ПОДГОТОВКЕ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЮ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ФАКУЛЬТЕТА
ПО КУРСУ «ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ»
ВВЕДЕНИЕ
Предмет изучения курса "Технология материалов" – современные
рациональные и распространенные в промышленности технологические методы
формообразования заготовок и деталей машин литьем, обработкой давлением,
сваркой, механической обработкой резанием и другими методами. Создавая
конструкции машин и приборов, инженер должен обеспечить их определенные
эксплуатационные технические характеристики и надежность работы, а также
экономическую целесообразность изготовления конструкции. Для этого инженер
должен обладать глубокими технологическими знаниями в области расчета и
конструирования машин.
Цель курса – дать студентам знания об основных технологических методах
формообразования деталей, ознакомить их с возможностями современного
машиностроения, а также с перспективами развития и совершенствования
технологических методов обработки; ознакомить студентов с основными понятиями
и сведениями о технологичности конструкций заготовок и деталей машин с учетом
методов их получения и обработки.
Ознакомление с современными способами получения черных и цветных
металлов, пластических масс и других неметаллических конструкционных
материалов. Знание основных свойств и методов их обработки необходимо для
правильного подбора и использования этих материалов в различных отраслях
народного хозяйства.
РазделI
ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Тема 1. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Металлургия – это наука о способах извлечения металлов из природных
соединений и отрасль промышленности, производящая металлы и сплавы.
Современное производство – это шахты по добыче руд и каменных углей, горнообогатительные комбинаты, коксохимические и энергетические предприятия,
доменные цехи, заводы ферросплавов, сталеплавильные и прокатные цехи.
Тема 2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Для производства черных и цветных металлов используют металлические
руды, флюсы, топливо и огнеупорные материалы.
Руда – горная порода или минеральное вещество, из которого извлекают
металлы или их соединения. Для образования легкоплавких соединений (шлаков)
пустой породы руды и золы топлива применяют различные флюсы. В качестве
источника теплоты при производстве металлов и сплавов используют различные
виды топлива. Внутреннюю облицовку (футеровку) металлургических печей и
ковшей для разливки металла делают из специальных огнеупорных материалов.
Тема 3. ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА
Чугун выплавляют в печах шахтного типа – домнах. При сгорании кокса
происходит ряд превращений: разлагаются углекислые соединения, а при
температуре 5700С начинается процесс восстановления окислов железа, кремния,
марганца, фосфора и серы, процессов образования чугуна (науглероживания железа)
и шлака.
Тема 4 ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ
Процессы получения стали из передельного чугуна и скрапа (стальной лом)
сводятся к снижению примесей и углерода путем окислительных процессов в
различных плавильных агрегатах: мартеновских печах, кислородных конвертерах ,
дуговых электропечах и др.
В мартеновских печах выплавляют углеродистые конструкционные,
инструментальные и легированные стали. Одним из прогрессивных способов
производства стали является кислородно-конвертерный способ, который
выплавляется около 40% всей стали. Здесь выплавляются углеродистые и
низколегированные стали. Такой процесс характеризуется низкими капитальными
затратами
и
простотой
автоматизации
управления
ходом
плавки.
Высококачественные, инструментальные и высоколегированные стали выплавляют
в дуговых и индукционных электрических печах. В них можно быстро нагревать,
плавить и точно регулировать температуру металла, создавать окислительную,
восстановительную и нейтральную атмосферу или вакуум. Кроме того, в этих печах
можно более полно раскислять металл.
Улучшить качество стали можно уменьшением неметаллических включений,
газов и вредных примесей. Широко используют технологические процессы,
повышающие
качество
стали:
обработку
синтетическими
шлаками,
вакуумирование при разливке, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой
переплав (ВДП) и другие способы.
Разливка – важный этап процесса производства стали, влияющий на качество
металла.
Тема 5 ПРОИЗВОДСТВО ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Производство меди. В качестве исходных материалов используют медные
руды, которые перед плавкой обогащают, получая концентраты с содержанием меди
до 55%. Концентраты плавят в пламенных отражающих или электрических печах на
штейн, затем перерабатывают конвертированием в черновую медь с последующим
огневым и электролитическим рафинированием.
Исходными материалами для производства алюминия являются алюминиевые
руды – бокситы, нефелины, алуниты и каолины. Основным способом производства
алюминия является электролитический. Электролизом полученный алюминийсырец рафинируют удалением металлических и неметаллических примесей и газов.
В качестве исходных материалов для производства магния используют
карналлит, магнезит, доломит и бишофит, из которых, после соответствующей
подготовки, получают черновой магний. Затем черновой магний рафинируют,
переплавляя его с флюсами.
В качестве исходных материалов для производства титана используют рутил,
ильменит и другие руд, их которых магниетермическим способом получают титан.
Вопросы для самопроверки
1.
Изучить схему современного металлургического производства, его основную
продукцию.
2.
Основные физико-химические процессы получения чугуна в доменных печах.
3.
Продукцию доменного производства.
4.
Физико-химические процессы стали.
5.
Производство стали в кислородных конвертерах.
6.
Производство стали в мартеновских печах.
7.
производство стали в электропечах.
8.
Разливка стали в изложницы.
9.
Процесс кристаллизации стали в изложнице
10. Строение стального слитка спокойной и кипящей стали.
11. Непрерывная разливка стали.
12. Способы повышения качества стали.
13. Производство меди, алюминия, магния, титана и их сплавов.
14. Способы выплавки и рафинирования.
Р а з д е л II
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Тема 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Литейным производством называют комплекс процессов получения фасонных
отливок путем заполнения жидким металлом заранее приготовленных форм. После
затвердевания металла в форме получаются отливки. Отливки могут быть готовыми
деталями или заготовками. Для заготовок предусматривают припуск на
механическую обработку. Отливки изготавливают из чугуна, стали, сплавов
цветных металлов, пластмасс.
Тема 2 СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ОТЛИВОК
1. Изготовление отливок в песчано-глинистых формах
Для изготовления песчано-глинистой формы используют модельный комплект,
опочную оснастку и формовочные материалы. В модельный комплект входят:
модель или модельные плиты, стержневые ящики, модели литниково-питающей
системы (выпоры, прибыли). Модель в литейной форме образует отпечаток, по
которому формируются внешние контуры отливки. Отверстия, углубления,
внутренние полости в отливке воспроизводят стержни, которые изготавливают в
специальных стержневых ящиках. Модели и стержневые ящики делают из
древесины, металла, пластмассы, гипса и других материалов. Модели изготавливают
с припуском на усадку металла при кристаллизации и механическую обработку.
Усадка чугунных отливок - 1 %, стальных - 2 %, цветных сплавов - 1... 1,5 %.
Модели бывают цельные и разъемные, состоящие из двух и более частей и
соединяющиеся шипами. Чтобы обеспечить извлечение модели из формы,
вертикальные поверхности ее делают с литейными уклонами. В деревянных моделях
уклон составляет 1...3°, в металлических - 0°30'...1°30'. Для установки и закрепления
стержней в литейной форме на моделях и стержневых ящиках предусматривают
знаковые части (знаки), которые могут быть вертикальными и горизонтальными. В
моделях между сопрягаемыми поверхностями должны быть плавные закругления галтели. Это предохраняет форму от засорения, а отливку от трещин в местах резких
переходов.
Специальные жесткие рамки, в которых изготавливается литейная форма,
называются опоками. Они бывают литые, сварные и собранные на болтах.
При ручной формовке используют деревянный подмодельный щиток, на
который устанавливают модель и опоку. При машинной формовке модели
закрепляют на металлических модельных плитах.
Литейные формы изготавливают из формовочных смесей, которые состоят из
кварцевого песка, огнеупорной глины, специальных добавок и влаги. Формовочные
смеси должны обладать:
– прочностью - выдерживать внешние нагрузки не разрушаясь;
– пластичностью - давать хороший отпечаток модели;
– газопроницаемостью – свободно пропускать газы, выделяющиеся при
кристаллизации металла;
– огнеупорностью – не сплавляться и не спекаться под действием
расплавленного металла;
– податливостью – сжиматься при усадке металла;
– долговечностью – сохранять свои качества при повторном использовании.
Стержневые смеси состоят из 96...97 % кварцевого песка и связующих
материалов (глина, льняное масло, патока, декстрин, синтетические смолы). Они
должны обладать повышенной прочностью, газопроницаемостью, легко выбиваться
из отливки, не впитывать влагу.
Специальные добавки вводят для повышения прочности формовочной смеси
(жидкое стекло, цемент, сульфитный щелок); для предохранения от пригара
(каменноугольная пыль, графит, мазут); для улучшения газопроницаемости и
податливости (опилки, торф).
2. Изготовление отливок литьем по выплавляемым моделям
Отливки сложной конфигурации, не требующие последующей механической
обработки, изготовляют литьем по выплавляемым моделям.
Изготавливают металлическую прессформу, в которой выполняют
выплавляемые модели и каналы литниковой системы. Заливают в прессформу
модельный состав, состоящий из смеси материалов: парафина, стеарина, воска.
Застывшую модель выталкивают из прессформы. Несколько моделей собирают в
блоки с общей литниковой системой и погружают в огнеупорную суспензию,
состоящую из 30 % гидрализованного раствора этилсиликата и 70 % кварцевой
муки. Затем блок посыпают сухим песком и сушат на воздухе шесть-восемь часов
или в аммиачной атмосфере 40...50 минут. Повторяя эти операции наносят 4-5
слоев. Модельный состав удаляют горячим воздухом при температуре 120...150 °С,
паром или горячей водой. Оболочки формуют в опоках из жаростойких сталей.
Форму прокаливают при 920...960 °С в течение одного - двух часов для удаления
влаги, модельной массы и повышения прочности. Горячую форму подают на
заливку. После затвердевания металла отливки выбивают, а керамическую корку
отбивают.
3. Изготовление отливок литьем в оболочковые формы
Способ изготовления отливок литьем в оболочковые формы имеет
преимущества по сравнению с предыдущим: возможность механизации и
автоматизации процесса получения отливки, снижение расхода формовочных
смесей, высокое качество отливок, повышение производительности труда.
Металлическую модельную плиту нагревают до 200...250 °С и покрывают
разделительной смесью. Засыпают специальную формовочную смесь, состоящую из
кварцевого песка и 3... 6 % фенолформальдегидной термореактивной смолы. Под
действием тепла смола плавится, образуя на модели смолисто-песчаную оболочку
толщиной 5...20 мм. Нерасплавившуюся часть формовочной смеси удаляют
встряхиванием. Модель с модельной плитой загружают в печь и выдерживают при
350...400 °С в течение одной - трех минут. Смола полимеризуется, переходя в
твердое необратимое состояние. Оболочка снимается с модельной плиты при
помощи штифтов. Подобным способом изготавливается вторая полуформа. Две
полуформы соединяют и склеивают по плоскости разъема. При сборке формы
устанавливают стержни. Собранную форму заливают металлом через литниковую
систему, которую изготавливают вместе с оболочковой формой. После охлаждения
отливки оболочка легко разрушается.
4. Изготовление отливок литьем в кокиль
Металлические формы (кокили) – литейные формы многократного
использования. Их изготавливают из стали, чугуна и алюминиевых сплавов.
Преимущества этого способа: кокиль выдерживает большое число заливок (до
нескольких десятков тысяч). Исключается применение формовочной смеси.
Отливки получаются с высоким классом шероховатости и повышенной точности;
снижаются припуски на механическую обработку и расход жидкого металла
вследствие уменьшения прибылей; повышается производительность труда и
уменьшается стоимость отливки. Высокая скорость охлаждения обеспечивает
мелкозернистую структуру и повышение прочности отливки, улучшаются
санитарно-гигиенические условия труда.
К недостаткам можно отнести: высокую стоимость изготовления форм;
возможность образования отбела в чугунных отливках; трудность получения в
отливке тонких стенок; сложных внутренних и внешних очертаний вследствие
быстрой кристаллизации металла в форме; возможность образования газовых
раковин.
Технологический процесс кокильного литья состоит из основных операций:
– подготовка кокиля к заливке (окраска, подогрев и закрытие),
– заливка жидкого металла в кокиль (мерным ковшом),
– охлаждение отливки до ее затвердевания,
– удаление из отливки металлических стержней,
– раскрытие кокиля и удаление из него отливки (автоматически с помощью
толкателей),
– удаление литников и зачистка отливки.
5. Изготовление отливок литьем под давлением
Литье под давлением применяют для изготовления фасонных отливок из
цветных сплавов (цинковых, алюминиевых, магниевых).
Преимущества способа: большая производительность, высокий класс
точности и чистоты поверхности, возможность получения сложных отливок со
стенками до 0,8 мм, легкость механизации и автоматизации процесса.
При этом способе жидкий металл под принудительным большим давлением
заполняет полость металлической формы (прессформы), которое достигает 100 МПа
и более. Для литья под давлением используют специальные машины поршневого и
компрессионного действия. Масса отливок от нескольких граммов до десятков
килограммов. Механическая обработка отливок незначительна или вообще не
нужна. Производительность машин очень высокая - до 3000 отливок в час при
работе в автоматическом режиме. Машины для литья под давлением имеют
холодную или горячую камеру прессования. Холодная камера применяется для
литья алюминиевых, магниевых и медных сплавов, при этом в камеру заливают
дозированное количество металла из отдельной печи, после чего производится
прессование. Горячие камеры прессования применяют для литья цинковых сплавов.
Недостатки способа: высокая стоимость прессформ и возможность образования
газовых раковин.
6. Изготовление отливок центробежным литьем
Центробежное литье используют, если деталь имеет форму тела вращения.
Расплавленный металл заливают во вращающуюся металлическую форму. Под
действием центробежных сил он прижимается к стенкам формы и затвердевает.
Отливки получаются плотными, без шлаковых включений и газовых пузырей, с
мелкозернистым строением и высокими механическими свойствами. Литниковая
система отсутствует. Недостатком этого способа является ликвация (неоднородный
химический состав), возникающая из-за различия удельных весов компонентов,
составляющих сплав.
Вопросы для самопроверки
1.
Сведения о литейных сплавах.
2.
Литейные свойства сплавов.
3.
Меры предупреждения дефектов в отливках.
4.
Особенности конструирования отливок с учетом литейных свойств.
5.
Сущность процесса изготовления отливок в песчано-глинистых формах.
Литниковая система и ее назначение. Формовочные, стержневые и специальные
формовочные смеси. Требования, предъявляемые к ним. Способы формовки.
Способы извлечения моделей из форм. Технология изготовления стержней.
Технико-экономические характеристики способа и область применения.
6.
Изготовление отливок в оболочковых формах. Сущность способа.
Последовательность изготовления форм, стержней. Технико-экономические
характеристики способа и область применения.
7.
Изготовление отливок литьем по выплавляемым моделям. Сущность способа.
Модельные составы. Изготовление керамических оболочек. Заливка форм. Техникоэкономические характеристики способа и область применения.
8.
Изготовление отливок в металлических формах (кокиль). Сущность способа.
Типы металлических форм. Заливка форм. Удаление отливок. Техникоэкономические характеристики способа и область применения.
9.
Изготовление отливок центробежным литьем. Сущность способа и схема
процесса изготовления отливок. Изготовление фасонных отливок. Техникоэкономические характеристики способа и область применения.
10. Изготовление отливок литья под давлением. Сущность способа. Схема
процесса изготовления отливок с холодной и горячей камерами прессования.
Технико-экономические характеристики способа и область применения.
11. Изготовление отливок под низким давлением. Сущность способа. Схема
процесса изготовления отливок. Технико-экономические характеристики способа и
область применения.
12. Специализированные способы изготовления отливок. Сущность способов и
область применения.
Р а з д е л III
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Тема 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВАРКИ МЕТАЛЛОВ
Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством
установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании
или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.
Сварочное производство – это комплекс производственных процессов с
широким использованием сварочной техники, образующей самостоятельную
законченную технологию изготовления сварной продукции. Весь комплекс
сварочного производства может быть разделен на шесть групп операций: 1)
заготовительные, 2) сборочные, 3) сварочные, 4) отделочные, 5) вспомогательные,
6) контрольные.
Наряду с обычными условиями сварку выполняют в условиях высоких
температур, радиации, под водой, в вакууме, в условиях невесомости.
Тема 2 СПОСОБЫ СВАРКИ
1. Ручная дуговая сварка
Ручная дуговая сварка относится к сварке плавлением (местное расплавление
соединяемых частей с использованием тепловой энергии). Источником тепла
служит электрическая дуга, возникающая между электродом и изделием при
протекании постоянного или переменного тока.
Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока
(сварочные трансформаторы типа ТС, ТСК, ТД) и источники постоянного тока
(преобразователи типа ПСГ, ПС, ПД, ПСУ и выпрямители типа ВСС, ВД, ВКС, ВС).
При дуговой сварке используют плавящиеся и неплавящиеся электроды.
Неплавящиеся электроды изготовляют из угля, графита, вольфрама.
Плавящийся электрод для сварки стали состоит из сварочной проволоки
(ГОСТ 2246-70) и электродного покрытия. Общее назначение электродного
покрытия – обеспечение стабильности горения сварочной дуги и получение металла
шва с заранее заданными свойствами (прочность, пластичность, ударная вязкость и
др.). Марку электрода выбирают в зависимости от химического состава
свариваемого металла.
Покрытия электродов со шлакообразующей основой на базе СаСо3 и
плавикового шпата называются основными. Они пригодны для сварки углеродистых
и легированных сталей (УОНИ-13/45, АНО-7, АНО-8). Наплавленный ими металл
обладает высокой ударной вязкостью и пластичностью. При сварке данными
электродами необходимо применение постоянного тока обратной полярности.
Покрытия со шлакообразующей основой на базе рутила (TiO2) называют
рутиловыми (МР-3, ОЗС-4, АНО-4). В общем выпуске данные электроды
составляют 75...80 %, благодаря высоким механическим свойствам швов,
устойчивому горению дуги при переменном токе.
При выборе типа электрода следует руководствоваться ГОСТ 9467-75. В нем
предусмотрено девять типов электродов: Э38, Э42, Э46, Э46А, Э50, Э-50А, Э55,
Э60. Их применяют для сварки углеродистых и низколегированных сталей с
временным сопротивлением разрыву до 600 МПа. Для сварки легированных сталей
с временным сопротивлением свыше 600 МПа используют электроды Э70 - Э150.
Цифры в обозначениях типов электродов для сварки конструкционных сталей
обозначают гарантируемый предел прочности металла шва в кГс/мм2. Тип электрода
выбирают таким образом, чтобы прочность металла шва не была ниже прочности
основного металла.
2. Сварка в среде защитных газов
При сварке в среде защитных газов защитный газ, непрерывно подаваемый в
зону сварочной дуги, оттесняет воздух, не допуская вредного влияния его на металл
шва.
Применяются защитные газы: инертные (аргон и гелий); активные (азот,
водород, углекислый газ); смеси газов (аргон с кислородом, аргон с азотом, аргон с
углекислым газом). Из инертных газов наиболее широко применяют аргон,
содержание которого в атмосфере ~ 1 %. Применение аргона позволяет получать
сварные швы высокого качества из высоколегированных сталей, цветных (Al, Mg) и
тугоплавких металлов и сплавов (Ti, Nb, Mo, W, V).
Аргоно-дуговую сварку можно выполнять плавящимся и неплавящимся
(вольфрамовым) электродом. Она разделяется на ручную (неплавящимся
электродом), автоматическую и полуавтоматическую (плавящимся и неплавящимся
электродами). Для ручной сварки используются установки: УДГ-101, УДГ-301,
УДГ-501, ПРС-1М (где цифра означает номинальный сварочный ток); для
полуавтоматической: УСГ-2, А-533, ПШВ-1; для автоматической: АДСВ-2, АРК-1.
Азотно-дуговая сварка производится неплавящимся электродом при сварке
меди и медных сплавов. Азот не реагирует с медью при высокой температуре и
успешно защищает сварочную ванну от действия кислорода и водорода,
содержащихся в воздухе.
Сварка в углекислом газе применяется для соединения малоуглеродистых и
низколегированных сталей. В интервале высоких температур углекислый газ
является активным окислителем, так как диссоциирует с образованием атомарного
кислорода: СО2 = СО + О. В результате в сварочной ванне могут протекать следующие реакции: С + О = СО; Fe + O = FeO; Mn + O = MnO; Si + 2O = SiO2. Чтобы
подавить реакции окисления применяется электродная проволока, легированная
марганцем и кремнием: Св-08Г2С, Св-08ГС (ГОСТ 2246-70). Для сварки в
углекислом газе применяются полуавтоматы: А-537У (dэ = 0,8...1,2 мм), ПДГ-304 (dэ
= 0,8...1,6 мм), А-573У (dэ = 1,6...2,0 мм), ПШП-21 (dэ = 0,8...2,0 мм).
Подача электродной проволоки в зону сварки осуществляется автоматически
подающим механизмом, перемещение проволоки вдоль шва – вручную. Сварка
выполняется на постоянном токе обратной полярности. Этот способ сварки
характеризуется высокой производительностью и низкой стоимостью.
3. Сварка под слоем флюса
Сварка под флюсом – дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем
порошкообразного флюса, обеспечивающего защиту сварочной ванны от воздуха.
Наряду с защитой флюс стабилизирует дугу, обеспечивает раскисление и
легирование металла шва. Сварку под флюсом осуществляют автоматами (АДС1000-2, ТС-17М-У и др.) или шланговыми полуавтоматами (ПШ-5, ПДШМ-500 и
др.) голой сплошной проволокой.
При сварке под флюсом производительность процесса по машинному времени
повышается в 6-12 раз по сравнению с ручной дуговой сваркой благодаря
применению больших токов, большой глубины проплавления и почти полного
отсутствия потерь на угар и разбрызгивание (1...3 %). Недостатком этого способа
является возможность сварки только в нижнем положении.
4. Газовая сварка и резка металла
Особенностью газовой сварки является то, что нагрев металла до
расплавления осуществляется теплом, выделяемом при сгорании горючего газа в
кислороде. В качестве горючего газа наиболее часто применяют ацетилен (С2Н2),
так как при сгорании в кислороде он дает наибольшую температуру пламени
(3200°С).
По сравнению с электродуговой сваркой газовая сварка – процесс
малопроизводительный, применяется при изготовлении тонких стальных изделий
толщиной до пяти миллиметров, сварке цветных металлов и сплавов, исправлении
дефектов в чугунных и бронзовых отливках, а также различных ремонтных работах.
Кислород и ацетилен поставляют на рабочее место в баллонах. Для снижения
давления кислорода до рабочего на баллоне устанавливают газовый редуктор. Но в
основном (в целях безопасности) ацетилен получают на рабочем месте в
ацетиленовых газогенераторах (ГОСТ 5190-67) в результате взаимодействия
карбида кальция с водой. Рабочим инструментом при газовой сварке является
газовая горелка, в которой газы смешиваются и поступают в пламя.
При газовой сварке применяется присадочная проволока, близкая по составу к
свариваемому металлу, а также флюсы, которые растворяют окислы и переводят их
в шлак при сварке цветных металлов и чугунов.
Под резкой понимают местное окисление твердого нагретого металла струей
кислорода с последующим расплавлением оксидов и выдуванием их из зоны реза.
5. Электрошлаковая сварка
Для начала процесса необходима шлаковая ванна, которую получают с
помощью сварочной дуги непосредственно в начале сварки. Подавая флюс в дугу,,
создают значительный слой электропроводного жидкого шлака. После создания
определенного слоя жидкого шлака, дуга погружается в шлак, удлиняется и
становится неустойчивой. Это приводит к превращению дугового разряда и
замыканию сварочной цепи через жидких шлак, подогреваемым джоулевым теплом
при прохождении через него электрического тока. Плавление электродной
проволоки, подаваемой в сварочную ванну, обеспечивается теплотой перегретого
шлака. Теплота расходуется также на оплавление кромок свариваемых заготовок
одновременно по всей толщине. За счет применения такого источника
обеспечивается возможность сварки за один проход заготовок большой толщины и
достижения высокой производительности. Процесс сварки возможен при
вертикальном расположении шва. Применяется для соединения толстолистовых
(более 20 мм) заготовок.
6. Плазменная обработка металла
Источником теплоты служит струя газа, ионизированного в дуге, которая при
соударении о менее нагретое тело деионизируется с выделением большого
количества теплоты, позволяющим считать ее самостоятельным источником.
Температура плазменной струи зависит от степени ионизании газа. Для этого
используется столб сжатой дуги, т.е. дуги, горящей в узком канале, через который
под давлением продувают газ (аргон, азот, водород и др.), увеличивающий степень
ее сжатия. В этих условиях температура газа в столбе дуги достигает 30 0000С, что
по сравнению со свободно горящей дугой резко увеличивается степень ионизации и
температуру газа, выходящего из канала с большой скоростью в виде струи. Этот
источник теплоты имеет высокую температуру, концентрацию и защитные свойства.
7. Контактная сварка
Контактной сваркой называют процесс получения неразъемных соединений за
счет тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока по свариваемым
деталям и при приложении с механического усилия к ним. Такая сварка
подразделяется на стыковую, точечную и роликовую. Стыковую сварку применяют
для соединения заготовок компактных сечений (рельсы, прутки, трубы). Их торцы
нагревают, а затем сжимают для обеспечения совместной пластической деформации
заготовок. Сварку ведут по двум вариантам – сопротивлением и оплавлением.
Точечная и роликовая сварка предназначена для соединения листовых заготовок.
Края заготовок, собранные внахлестку, сжимают электродами и нагревают
проходящим электрическим током. Максимальный нагрев достигается в контакте
между листами заготовок, что приводит к частичному расплавлению заготовок по
толщине и образованию литого ядра сварной точки. Вытекание жидкого металла
препятствует сжатию листов электродами.
Вопросы для самопроверки
1.
Классификация способов сварки.
2.
Физическая сущность сварки плавлением и давлением.
3.
Дуговая сварка. Источники сварочного тока и их внешние характеристики.
4.
Ручная сварка покрытыми электродами. Сущность и схема процесса.
Сварочные материалы. Технико-экономическая характеристика и область
применения.
5.
Сварка под флюсом. Сущность и схема процесса. Сварочные материалы.
Технико-экономическая характеристика и область применения.
6.
Сварка в атмосфере защитных газов. Сущность и схема процесса. Сварочные
материалы и защитные газы. Сварка неплавящимся и плавящимся электродами.
Технико-экономическая характеристика и область применения.
7.
Плазменная сварка. Сущность и схема процесса. Сварочные материалы.
Технико-экономическая характеристика и область применения.
8.
Электрошлаковая сварка. Сущность и схема процесса. Сварочные материалы.
Технико-экономическая характеристика и область применения.
9.
Газовая сварка и резка. Сущность и схема процесса. Характеристика газосварного пламени. Аппаратура для газовой сварки. Сварочные материалы. Техникоэкономическая характеристика и область применения. Резка металла. Сущность и
схема процесса. Аппаратура для кислородной резки. Технико-экономическая
характеристика и область применения.
10. Контактная сварка. Сущность и схема процесса. Способы контактной сварки.
Циклограммы процессов. Устройства и принцип действия контактных машин.
Технико-экономическая характеристика и область применения.
11. Холодная сварка. Сущность и схема процесса. Технико-экономическая
характеристика и область применения.
12. Диффузионная сварка. Сущность и схема процесса. Технико-экономическая
характеристика и область применения.
13. Ультразвуковая сварка. Сущность и схема процесса. Технико-экономическая
характеристика и область применения.
14. Сварка трением. Сущность и схема процесса. Технико-экономическая
характеристика и область применения.
15. Газопрессовая сварка. Сущность и схема процесса. Технико-экономическая
характеристика и область применения.
16. Пайка металлов и сплавов. Сущность и схема процесса. Способы пайки.
Пайка твердыми и мягкими припоями. Технико-экономическая характеристика и
область применения.
Р а з д е л IV
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
ДАВЛЕНИЕМ
Тема 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
Обработкой металлов давлением называют процессы изменения формы и
размеров заготовок под воздействием внешних сил, вызывающих пластическую
деформацию.
Процессы обработки давлением очень разнообразны. Обычно их объединяют
в шесть видов: прокатка, прессование и волочение – для получения изделий
постоянного поперечного сечения по длине; ковка, объемная штамповка и листовая
штамповка – для получения деталей или заготовок, имеющих форму,
приближенную к форме готовых деталей. Изучая виды обработки давлением,
необходимо особое внимание уделить технологическим возможностям и областям
их применения. Пластическим деформированием получают изделия с высокой
производительностью, малыми отходами, возможностью повышения механических
свойств металла.
Тема 2 ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА
МЕТАЛЛА
Многие металлы можно пластически деформировать в холодном и горячем
состоянии. После холодной пластической деформации (ниже температуры
рекристаллизации) структура металла становится волокнистой. Это сопровождается
изменением его физико-механических свойств: увеличением прочности и
снижением пластичности. Такое явление называют упрочнением или наклепом. При
горячей пластической деформации (выше температуры рекристаллизации)
происходит разупрочнение металла или рекристаллизация, а также повышается
плотность металла, завариваются усадочные и газовые раковины.
Пластичность металлов и сплавов зависит от химического состава, структуры,
температуры нагрева, скорости и степени деформации, схемы напряженного
состояния и схемы деформации.
Тема 3 НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ ПЕРЕД ОБРАБОТКОЙ ДАВЛЕНИЕМ
С нагревом металла пластичность увеличивается, а сопротивление
деформации уменьшается. Допустимая наивысшая (конечная) температура нагрева
стальных заготовок зависит в основном от их химического состава и в первую
очередь от содержания углерода.
Температурный интервал ковки и штамповки
Температура, °С
Материал поковки
начала ковки
конца ковки
Малоуглеродистая сталь (до 0,3
1200
850
Среднеуглеродистая
сталь
1150
820
% С)
Высокоуглеродистая
сталь
1050
800
(0,3...0,65 % С)
Низколегированная
сталь
1100
850
(свыше 0,65 % С)
Среднелегированная сталь
1150
875
Высоколегированная сталь
1200
900
Бронза
900
800
Латунь
750
720
Алюминиевые сплавы
480
380
Магниевые сплавы
425
300
Конечная температура нагрева стали обычно ниже температуры расплавления
не менее чем на 120...180 °С. Превышение конечной температуры нагрева и
длительная выдержка при ней приводит к пережогу стали, когда нарушается связь
между зернами вследствие оплавления и окисления границ зерен. Это
неисправимый брак. Если сталь нагрета несколько ниже температуры пережога, она
будет крупнозернистой (перегретой), пластичность снижена и при деформировании
возможно образование трещин. Перегрев можно устранить отжигом. Сведения о
конечных температурах нагрева стали и некоторых цветных сплавов приведены в
таблице.
Тема 4 ПРОКАТКА
Прокатка – это процесс обжатия металла между вращающимися валками
прокатного стана. Давление на металл создается вследствие того, что расстояние
между валками меньше, чем толщина обрабатываемого металла. Движение при
прокатке происходит благодаря трению между поверхностями валков и заготовки.
Рабочие валки прокатного стана – это цилиндры, изготовленные из легированной
стали или чугуна с отбеленной поверхностью. Валки бывают гладкими или
калиброванными. На калиброванных валках выточены канавки, называемые
ручьями. Последний ручей имеет форму готового изделия. Исходной заготовкой при
прокатке являются слитки.
Продукция прокатного стана:
– листовой прокат;
– сортовой прокат с простой и сложной (фасонной) формой профиля;
– трубы бесшовные и сварные;
– специальный прокат, поперечное сечение которого по длине периодически
меняется.
Прокат используют в качестве заготовок при ковке и штамповке.
Тема 5 КОВКА
При ковке горячее деформирование металла производят последовательно на
разных участках заготовки с помощью универсального подкладного инструмента
или бойков. В качестве исходной заготовки при ковке используют для мелких и
средних по массе поковок сортовой прокат, для крупных поковок – слитки. Процесс
ковки состоит из чередования в определенной последовательности кузнечных
операций.
Основные операции, которые используются для ковки валов, фланцев и
шестерен:
а) протяжка – операция удлинения заготовки за счет уменьшения поперечного
сечения;
б) осадка - операция уменьшения высоты заготовки при увеличении поперечного
сечения, выполняется бойками или осадочными плитами;
в) пробивка и прошивка - операция получения отверстия в заготовке;
г) высадка - увеличение поперечного сечения части заготовки;
д) рубка - операция отделения части заготовки.
Тема 6 ГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА
При объемной штамповке пластическое течение металла ограничивается
полостью специального инструмента – штампа, который служит для получения
поковки определенной конфигурации. Неподвижную часть штампа называют
матрицей, а основную подвижную часть – пуансоном. Различают открытые и
закрытые штампы.
Для штамповки в открытых штампах характерно образование заусенца в
зазоре между частями штампа. Заусенец при деформировании затрудняет выход из
полости штампа основной массы металла. Возникающие напряжения способствуют
растеканию металла и заполнению глубоких полостей и углов. Способ штамповки в
закрытых штампах прогрессивен и экономичен, так как нет расхода металла на
заусенец и не требуется оборудование для обрезки заусенца. В то же время он
требует заготовок высокой точности, так как объем заготовки должен быть равен
объему поковки.
Горячая объемная штамповка осуществляется на молотах, механических и
гидравлических прессах, горизонтально-ковочных машинах. Штамповка на каждой
из этих машин имеет свои особенности, преимущества и недостатки, которые нужно
учитывать при выборе оборудования.
Разработка процесса объемной штамповки начинается с проектирования
чертежа поковки по чертежу готовой детали с учетом вида оборудования, на
котором будет производиться штамповка. Большое значение имеет правильный
выбор расположения плоскости разъема штампов.
Тема 7 ХОЛОДНАЯ ШТАМПОВКА
К листовой штамповке относят процесс деформирования заготовок в виде
листов, полос, лент и труб. Процессы листовой штамповки можно разделить на
операции, поочередное применение которых позволяет придать исходной заготовке
форму и размеры детали. Все операции можно объединить в две группы:
разделительные и формоизменяемые. При выполнении разделительных операций
деформирование заготовки происходит вплоть до ее разрушения – вырубка и
пробивка. Большое значение имеет правильное расположение вырубаемых деталей
на листовой заготовке (раскрой материала). Раскрой должен обеспечить
минимальные отходы и достаточную величину перемычек, так как от их величины
зависит качество получаемых деталей.
При формоизменяющих операций (гибка и вытяжка) стремятся создать
условия при которых может быть получено наибольшее формоизменение заготовки
без ее разрушения. При гибке в каждом сечении по толщине заготовки
одновременно действуют сжимающие и растягивающие напряжения. Величина
растягивающих напряжений зависит от отношения R/S (R – радиус гибки, S –
толщина материала). При вытяжке полых изделий из плоской заготовки дно
изделия практически не деформируется, а остальная часть заготовки растягивается в
радиальном направлении и сжимается в тангенциальном.
Инструментом листовой штамповки – штамп. Он состоит из рабочих
элементов (пуансона и матрицы) и ряда вспомогательных деталей. Такие штампы
делят на простые – для выполнения одной операции и сложные (последовательного
и совмещенного действия) – для выполнения нескольких операций. Оборудование –
механические прессы различной конструкции.
Тема 8 ВОЛОЧЕНИЕ
Процесс волочения состоит в протягивании прокатанной или прессованной
заготовки через отверстия, размеры которых меньше сечения заготовки. Так как
волочение металла производится в холодном состоянии, в результате прочность и
твердость повышается, а вязкость падает – происходит упрочнение металла
(наклеп).
Тема 9 ПРЕССОВАНИЕ
Прессованием называется процесс выдавливания металла пуансоном через
отверстие в матрице. Прессование бывает прямое и обратное. При прямом
прессовании направление течения прессуемого металла совпадает с направлением
движения пуансона. При обратном прессовании металл течет навстречу движению
пуансона.
Вопросы для самопроверки
1.
Понятие о пластической деформации. Горячая и холодная деформация.
Влияние обработки давлением на структуру и свойства металла.
2.
Температурный интервал обработки давлением и его определение для стали.
Основные типы нагревательных устройств.
3.
Сущность прокатки. Устройство прокатных станов. Продольная, поперечная и
поперечно-винтовая прокатка. Продукция прокатного производства.
4.
Волочение. Сущность процесса. Исходные заготовки. Готовая продукция.
Характеристики применяемого оборудования.
5.
Прессование. Сущность процесса. Исходные заготовки. Готовая продукция.
Характеристики применяемого оборудования.
6.
Ковка. Сущность процесса. Исходные заготовки. Основные операции.
Инструмент и оборудование. Характеристики применяемого оборудования. Готовая
продукция. Технико-экономические характеристики ковки и области ее применения.
7.
Горячая объемная штамповка. Сущность процесса. Исходные заготовки.
Штамповка в открытых и закрытых штампах. Инструмент и оборудование.
Характеристики применяемого оборудования. Готовая продукция. Техникоэкономические характеристики ковки и области ее применения.
8.
Холодная листовая штамповка. Сущность процесса. Исходные заготовки.
Основные операции. Инструмент и оборудование. Готовая продукция. Техникоэкономические характеристики ковки и области ее применения.
РазделV
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ
Завершающей операцией в превращении заготовок, полученных ковкой,
штамповкой, литьем, прокаткой, в детали машин является обработка металлов
резанием.
Обработка металлов резанием – это процесс срезания режущим инструментом
с поверхности заготовки слоя металла для получения требуемой геометрической
формы, точности размеров и шероховатости поверхностей детали.
К движениям резания относится главное движение (V), которое определяет
скорость отделения стружки и движение подачи (S), обеспечивающее врезание
инструмента в последующие слои металла.
Тема 1 ВЫБОР РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
Основными элементами режимов резания являются: скорость резания, подача
и глубина резания.
Скорость резания V – путь точки режущей кромки инструмента в единицу
времени относительно заготовки в направлении главного движения. Экономическую
скорость резания выбирают из справочных таблиц или вычисляют по формуле.
Подача S – путь точки режущего лезвия в направлении подачи за один оборот
заготовки, мм/об. Величина подачи определяет величину шероховатостей
обрабатываемой поверхности.
Глубина резания t - расстояние между обрабатываемой и обработанной
поверхностями заготовки, измеренное в плоскости, перпендикулярной оси
вращения заготовки, мм,
Припуск при точении целесообразно снимать за один рабочий ход. Обычно
при шероховатости Rz = 40 мкм (черновая обточка) – t = 3.. .5 мм; Rz = 20 ... 10 мкм
(получистовая) – t = 2 .. . 3 мм; Ra = 2,5 .. . 1,25 мкм (чистовая) - t = 0,5...1,0 мм.
Тема 2 ВИДЫ РАБОТ, ВЫПОЛНЯЕМЫХ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ
Точение осуществляется на токарных станках токарными резцами. Станки
токарной группы предназначены для обработки наружных и внутренних
поверхностей вращения. При этом главным движением является вращение
заготовки, а движением подачи - перемещение инструмента относительно
заготовки. Основным видом режущего инструмента являются резцы. По назначению
различают: проходные (для обтачивания наружной поверхности), подрезные (для
обработки торцевых поверхностей), отрезные (для отрезания материала),
расточные (для растачивания отверстий, выемок и т.д.), фасонные (форма режущей
кромки совпадает с профилем обрабатываемой поверхности), резьбовые (для
нарезания резьбы).
Тема 3 ВИДЫ РАБОТ, ВЫПОЛНЯЕМЫХ НА ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ
Фрезерование – процесс обработки поверхностей многолезвийным
инструментом – фрезой на фрезерных станках. Фреза имеет несколько зубьев,
причем каждый из них можно рассматривать как резец. Фрезы разделяются по
конструкции на цельные, напайные и наборные; по назначению на цилиндрические и
торцевые (для обработки плоскостей), дисковые, концевые, пазовые и угловые (для
обработки канавок и пазов), фасонные (для обработки фасонных поверхностей),
модульные дисковые и пальцевые (для обработки зубьев зубчатых колес). Главным
движением является вращение фрезы, а движением подачи – поступательное
движение заготовки. На горизонтально-фрезерных станках ось вращения фрезы
расположена горизонтально, а на вертикально-фрезерных – вертикально.
Тема 4 ВИДЫ РАБОТ, ВЫПОЛНЯЕМЫХ НА СВЕРЛИЛЬНЫХ СТАНКАХ
Сверление – способ получения отверстий в сплошном материале. При этом
главное движение и движение подачи осуществляется режущим инструментом.
Сверлением получают сквозные и глухие отверстия и обрабатывают
предварительно полученные отверстия с целью увеличения их размеров, повышения
точности и снижения шероховатости поверхности. Отверстия на сверлильных
станках обрабатывают сверлами, зенкерами, развертками и метчиками.
Зенкерование – обработка предварительно просверленных отверстий, а также
отверстий в литых или штампованных заготовках для придания им более
правильной геометрической формы, повышенной точности и снижения
шероховатости зенкером.
Развертывание - окончательная обработка отверстий с целью получения
высокого качества, точности и малой шероховатости поверхности разверткой.
Цекование - обработка торцовой поверхности отверстия торцовым зенкером
для достижения перпендикулярности.
Зенкование - получение в имеющихся отверстиях цилиндрических или
конических углублений под головки винтов, болтов, заклепок зенковками.
Нарезание резьбы - получение внутри отверстия винтовой канавки с
помощью метчика.
Тема 5 ОБРАБОТКА НА СТРОГАЛЬНЫХ И ДОЛБЕЖНЫХ СТАНКАХ
Процесс
строгания
характеризуется
прямолинейным
возвратнопоступательным движением резания и прямолинейным периодическим движением
подачи. При этом создается рабочий ход, во время которого происходит процесс
резания и холостой (обратный) ход. Различают поперечное и продольное строгание.
При поперечном строгании главное движение сообщает инструменту, а движение
подачи – заготовке, при продольном строгании движение резания – заготовке, а
движение подачи – инструменту. При долблении главное движение осуществляется
в вертикальной плоскости и сообщается инструменту. В качестве режущего
инструмента применяются строгальные и долбежные резцы.
Тема 6 ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ПРОТЯЖНЫХ СТАНКАХ
Протягивание осуществляется многолезвийным режущим инструментом –
протяжкой, получающим поступательное движение относительно изделия. Каждый
последующий зуб протяжки расположен выше предыдущего и срезает с
обрабатываемой поверхности деталь стружки толщиной 0,01-0,2 мм. Протяжки
подразделяются на внутренние (для внутренних поверхностей) и наружными (для
незамкнутых поверхностей).
Тема 7 ОБРАБОТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА ЗУБОРЕЗНЫХ СТАНКАХ
Нарезание зубьев производится методом копирования (образованиее профиля
зубьев фасонными фрезами) и методом обкатывания (образование профиля зубьев
как огибающей последовательных положений режущих лезвий инструмента
относительно заготовки). По методу обкатки применяют червячные модульные
фрезы, зуборезные долбяки и зубострогальные резцы.
Тема 8 ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКАХ
Шлифованием называется процесс обработки резанием при помощи
абразивного инструмента – шлифовального круга, режущим элементом которого
являются зерна абразивных материалов. Острые кромки зерен срезают с
поверхности изделия слой металла. Каждое зерно, удерживаемое связующим
материалом на периферии шлифовального круга, работает как зуб фрезы, снимая
стружки переменного сечения. Затупившиеся зерна при обработке выкрашиваются,
что приводит к самозатачиванию круга в процесс шлифования. Шлифование ведется
при больших скоростях, поэтому в зоне резания возникает высокая температура.
Для избежания деформации детали, прижогов, трещин шлифуемую поверхность в
зону резания обильно подается смазывающе-охлаждающая жидкость. Шлифованием
достигается чистовая и отделочная обработка деталей. В зависимости от характера
обрабатываемых поверхностей шлифование подразделяется на круглое, плоское,
внутреннее.
Тема 9 ОТДЕЛОЧНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ
После шлифования с целью получения поверхности высокого качества
производят дополнительную чистовую обработку. К ним относят хонингование (для
доводки поверхностей отверстий мелкозернистыми абразивными или алмазными
брусками, смонтированными на специальной головке – хоне, при медленном
вращательном движении), суперфиниширование (абразивные или алмазные бруски
закрепляются в специальной головке и в процессе обработки совершают
продольные колебательные движения), притирка (осуществляется притирами
изготовленными из относительно мягких материалов – медь, чугун, твердые породы
древесины, на поверхность наносится абразивный порошок в масле или абразивная
паста).
Вопросы для самопроверки
1.
Кинематика процесса резания. Классификация движений, необходимых для
формообразования поверхностей. Элементы режима резания. Геометрия срезаемого
слоя металла при точении. Элементы и геометрия токарных резцов. Качество
обработанной поверхности. Процесс деформирования срезаемого слоя. Нарост на
режущем инструменте и его влияния на качество обработанной поверхности.
Тепловые процессы при резании. Влияние смазывающе-охлаждающих жидкостей
при резании.
2.
Принцип классификации металлорежущих станков.
3.
Характеристика метода обработки точением. Типы станков токарной группы.
Основные узлы и движения токарного станка. Виды токарных резцов. Область
применения обработки точением.
4.
Характеристика метода обработки сверлением. Типы сверлильных станков.
Основные узлы и движения сверлильного станка. Виды режущего инструмента.
Область применения обработки сверлением.
5.
Характеристика метода обработки растачиванием. Типы расточных станков.
Основные узлы и движения расточного станка. Виды режущего инструмента.
Область применения обработки растачиванием.
6.
Характеристика метода обработки строганием и долблением. Типы
строгальных станков. Основные узлы и движения строгального станка. Виды
режущего инструмента. Область применения обработки строганием и долблением.
7.
Характеристика метода обработки протягиванием. Типы протяжных станков.
Основные узлы и движения протяжного станка. Виды режущего инструмента.
Область применения обработки потягиванием.
8.
Характеристика метода обработки фрезерованием. Типы фрезерных станков.
Основные узлы и движения фрезерного станка. Виды режущего инструмента.
Область применения обработки фрезерованием.
9.
Геометрические методы профилирования зубьев зубчатых колес. Типы
зуборезных станков. Основные узлы и движения зубофрезерного и зубодолбежного
станка. Виды режущего инструмента. Область применения зубообработки.
10. Характеристика метода обработки шлифованием. Типы шлифовальных
станков. Основные узлы и движения шлифовальных станков. Виды режущего
инструмента. Область применения обработки шлифованием.
11. Характеристика методов отделки поверхностей. Основные движения. Виды
инструмента. Область применения.
Раздел VI
ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ И ДРУГИХ СПЕЦИАЛЬНЫХ
МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ
Электрофизические и электрохимические методы обработки применяются для
обработки высокопрочных и весьма токопроводящих материалов.
Электроэрозионные методы – электроискровой, элекроимпульсный, анодомеханический и электроконтактный – основаны на разрушении материалов под
действием непрерывных электрических разрядов. При этом одним электродом
является инструмент (электрод-инструмент, изготавливаемый по форме
обрабатываемых поверхностей), а другой – обрабатываемая деталь.
Формообразование поверхностей ультразвуковым методом обработки
заключается в удалении материала абразивными зернами, находящиеся во
взвешенном состоянии в жидкости и получающим большие ускорение под
действием магнитострикционного эффекта.
Формообразование поверхности светолучевыми методами. Обработка
электронным лучом основана на местном нагреве поверхности металла за счет
бомбардировки
обрабатываемой
поверхности
потоком
электронов,
сфокусированных электромагнитными линзами. Светолучевая (лазерная)
обработка основана на использовании квантовых генераторов света и заключается
в местном нагреве поверхности металла фотонами, сфокусированными
оптическими линзами.
Обработка плазменной струей основана на использовании высокой
температур плазмы, полученной в плазмотронах и направленной на
обрабатываемую поверхность.
Сущность химической обработки заключается в направленном разрушении
металлов и сплавов травлением их в крепких растворах кислот и щелочей.
Химическим травлением получают ребра жесткости, извилистые канавки и щели и
другие поверхности в тонких деталях.
Электрохимические методы обработки – электрохимическое полирование,
электрохимическое прошивание отверстий и полостей, электрогидравлическую,
электроабразивную и электроалмазную – основаны на явлении анодного
растворения металла заготовки при электролизе.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Вопросы для самопроверки
Характеристика методов обработки.
Электроэрозионные методы обработки.
Ультразвуковой метод обработки.
Лучевые методы обработки.
Метод обработки плазменной струей.
Электрохимические методы обработки.
Раздел VII
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ
И ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.
Заготовки и детали из неметаллических материалов получают теми же
технологическими методами, что и детали из металлов и сплавов. Однако
вследствие различия физико-механических свойств металлов и неметаллов каждый
технологический метод производства заготовок и деталей имеет определенные
особенности – видоизменяется технологическое оборудование, инструмент,
оснастка, режимы и т.д.
Тема 1 Технология изготовления изделий из пластмасс
В зависимости от физического состояния полимерных материалов, их
поведение под действием теплоты и других факторов все способы переработки
пластмасс в детали наиболее целесообразно разделить на следующие основные
группы:
– переработка в вязкотекучем состоянии (прессование, литье под давлением,
выдавливание и др.);
– переработка в высокоэластичном состоянии (пневмо-и вакуум-формовка,
штамповка и др.);
– получение изделий из жидких полимеров (контактная формовка, вихревое
напыление, центробежная формовка);
– переработка в твердом состоянии (разделительная штамповка, обработка
резанием);
– сварка и склеивание и др.
Тема 2 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗ РЕЗИНЫ
Основным видом сырья резиновых технических деталей является
натуральные и синтетические каучуки. Каучук превращают в резину
вулканизацией. В качестве вулканизирующего вещества обычно используют серу.
Для улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств резин и
снижения расхода каучука в состав резиновых смесей вводят различные
компоненты. Резиновые детали в зависимости от предъявляемых к ним требований
формообразуют каландрованием, непрерывным выдавливанием прессованием,
литьем под давлением, намоткой и т.д. Многие технологические процессы
переработки резиновых композиций в детали подобны тем, которые рассмотрены
при формообразовании деталей из пластмасс.
Тема 3 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТОДАМИ ПОРОШКОВОЙ
МЕТАЛЛУРГИИ
Метод порошковой металлургии заключается в приготовлении металлических
порошков, составлении шихты, смешении порошков, прессовании, спекании и
иногда механической обработке или калибровке для придания изделия повышенной
точности размеров.
К технологическим методам формообразования изделий из порошков относят
– холодное прессование, горячее прессование, гидростатическое прессование,
выдавливание прессованием, прокатка, напыление, спекание.
Вопросы для самопроверки
1.
Классификация способов производства изделий из полимерных материалов,
их характеристика.
2.
Технология производства изделий из полимерных материалов. Инструмент и
оборудование. Области применения.
3.
Классификация резинотехнических изделий. Способы изготовления из резины
и технология изготовления. Инструмент и оборудование. Область применения.
4.
Виды и свойства металлокерамических материалов. Сущность и область
применения
способов
производства
спеченных
материалов.
Схема
технологического процесса. Технико-экономическая характеристика производства
изделий из спеченных материалов.
ВОПРОСЫ ПО ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ.
1. Свойства конструкционных материалов: физические, химические,
эксплуатационные.
2. Механические свойства конструкционных материалов.
3. Материалы и оборудование для производства чугуна в доменных печах.
4. Устройство доменной печи.
5.Сущность доменного процесса.
6. Основные физико-химические процессы выплавки стали.
7. Производство стали в мартеновской печи.
8. Устройство мартеновской печи.
9. Производство стали в кислородном конвертере.
10. Производство стали в электропечах. Дуговые плавильные печи.
11. Производство стали в электропечах. Индукционные плавильные печи.
12. Производство стали. Анализ способов выплавки стали по производительности и
качеству получаемой стали.
13. Разливка стали в слитки.
14. Строение слитка спокойной и кипящей стали.
15. Способы повышения качества стали.
16. Производство меди.
17. Производство алюминия.
18. Литейное производство. Классификация способов литья.
19. Литейные сплавы. Свойства литейных сплавов.
20. Дефекты литья. Причины возникновения.
21.Литье в песчано-глинистые формы. Ручная формовка.
22. Литье в песчано-глинистые формы. Машинная формовка.
23. Формовочные и стержневые смеси. Состав, свойства.
24. Литье в оболочковые формы.
25. Литье по выплавляемым моделям.
26. Литье в кокиль.
27. Литье под давлением.
28. Литье центробежным способом.
29. Обработка металлов давлением, физические основы, факторы, влияющие на
пластичность материалов.
30. Обработка металлов давлением, классификация видов.
31. Получение машиностроительных профилей. Прокатка.
32. Инструмент и оборудование для прокатки.
33. Прессование, методы прессования.
34. Волочение.
35. Ковка, основные операции ковки, инструмент.
36. Горячая объемная штамповка. Способы. Инструмент.
37. Листовая штамповка. Основные операции листовой штамповки.
38. Сварочное производство. Физические основы сварки.
39. Сварочное производство. Классификация способов сварки
40. Ручная дуговая сварка. Режим сварки.
41. Ручная дуговая сварка. Используемые материалы.
42. Дуговая сварка в защитных газах. Материалы. Оборудование.
43. Источники питания сварочной дуги постоянным током.
44. Источники питания сварочной дуги переменным током.
45. Сварка под слоем флюса. Материалы, оборудование.
46. Газовая сварка металлов.
47. Газовая резка металлов.
48. Сварка давлением. Виды сварки давлением.
49. Контактная сварка.
50. Специальные способы сварки.
51. Свариваемость металлов и сплавов.
52. Пайка. Способы пайки. Виды припоев.
53. Склеивание. Способы склеивания. Виды клеев.
54. Обработка металлов резанием. Классификация.
55. Обработка металлов резанием. Углы заточки инструментов. Режимы резания.
56. Обработка заготовок точением. Инструмент и оборудование.
57. Обработка заготовок сверлением. Инструмент и оборудование.
58. Обработка заготовок растачиванием. Инструмент и оборудование.
59. Обработка заготовок протягиванием. Инструмент и оборудование.
60. Обработка заготовок фрезерованием. Инструмент и оборудование.
62. Обработка заготовок шлифованием. Инструмент и оборудование.
63. Отделочные операции при механической обработке.
64. Электрофизические и электрохимические методы обработки.