Материаловедение и технологическая конструкция материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Контрольная работа

«Материаловедение и технологическая конструкция материалов»

Выполнил:

Нурмухамедов Раис Маратович

Проверил:

Мельникова И. П.

Саратов 2017



Задание 1

Мартеновская печь является плавильной установкой, в которой предельный чугун и лом превращаются в сталь, обладающую требуемым химическим составом и качеством. Процесс был разработан в самом начале второй половины XIX столетия французскими инженерами-металлургами, отцом и сыном Мартенами -- Эмилем и Пьером. Сама печь появилась на свет в 1864 году.

Рис. 1 Схема устройства мартеновской печи.

Устройство мартеновской печи.

Мартеновская печь называется пламенной регенеративной, так как принцип ее работы основан на регенерации тепла, обеспечивающей высокую температуру печи, необходимую для ведения плавки.

Важнейшей частью мартеновской печи является рабочее пространство А. Здесь происходят важнейшие физико-химические процессы: горение топлива, окисление примесей, расплавление шихты, образование металла и шлака. Сверху рабочее пространство ограничено сводом 1, снизу -- подом (или подиной) 10, задней и передней стенками, а с боковых сторон -- головками 2. В передней стенке сделаны завалочные окна 11 (их бывает от трех до семи в зависимости от величины печи). Через них загружают печь, берут пробы, наблюдают за процессом, а также наваривают или исправляют. Завалочные окна закрываются огнеупорными заслонками. В задней стенке внизу имеется отверстие для выпуска металла и шлака, забитое огнеупорной пробкой, которую при выпуске пробивают. Головки печи расположены симметрично. В них находятся каналы 3 и 4, через которые в печь поступают газ и воздух и отходят продукты горения. В нижней части головки соединяются с регенераторами 5 и б, установленными попарно с обеих сторон печи (всего их четыре); при работе на жидком топливе можно ограничиться двумя регенераторами (по одному с каждой стороны). Регенераторы представляют собой камеры, выложенные огнеупорным кирпичом. Внутри регенератора имеется огнеупорная насадка с вертикальными каналами. В нижней части регенераторы соединены с каналами 7 и 8, по которым поступают воздух и газ и отходят продукты горения. Чтобы регулировать направление движения газа и воздуха в печь, а продуктов горения -- к дымовой трубе, в каналах имеются перекидные клапаны 9. сталь плавка литье

Работа мартеновской печи начинается с ее загрузки. Печь загружается завалочными машинами. При процессе вначале заваливают лом и известняк, затем чугун, при скрап-рудном процессе -- сначала железную руду и известняк, а затем жидкий чугун. Чугун заливают из ковша по желобу, устанавливаемому в завалочном окне. В зависимости от величины печи и степени механизации завалка длится от двух до трех часов. Одновременно с завалкой шихты в печь подают топливо и воздух (попеременно через правые и левые головки печи).

Подогрев продуктов горения обеспечивает, при сгорании топлива в рабочем пространстве температуру около 2000° С. При работе на жидком топливе регенераторы подогревают только воздух, а нефть или мазут подаются форсунками, установленными в каналах головок печей.

Скрап-рудный процесс плавки стали в мартеновской печи. Особенностью основного мартеновского процесса является то что он позволяет получать сталь с низким содержанием вредных примесей (фосфора, серы) из рядовых шихтовых материалов.

Плавку начинают с загрузки твердой составляющей шихты (железная руда, известняк, лом) с помощью завалочной машины. После загрузки твердой части шихты и прогрева ее, заливают жидкий чугун, который взаимодействует с железной рудой и скрапом. С этого момента начинается период плавления шихты, в результате которого за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна (кремний, фосфор, марганец и частично углерод). Кремний окисляется и переходит в шлак почти полностью в период плавления под действием окислительной атмосферы, а также кислорода вводимого с железной рудой. Фосфор окисляется одновременно с кремнием и марганцем, когда температура металла еще не высока. Оксиды кремния (SiO2), фосфора (P2O5), марганца (MnO), кальция (CaO) образуют железисто-углеродистый шлак, способствующий удалению фосфора. При переработке обычного чугуна для понижения содержания фосфора в металле проводят однократное скачивание шлака. Если же перерабатывают фосфористый чугун, то скачивание проводят многократно.

После расплавления шихты, окисления значительной части примесей и разогрева металла начинается период кипения ванны. В печь загружают железную руду или продувают ванну кислородом. Углерод в металле интенсивно окисляется, образуя оксид углерода (CO), выделяющегося в виде газовых пузырей, и вызывая кипение мартеновской ванны. Этот процесс играет очень важную роль, так как выравнивание состава и температуры металла в мартеновской печи осуществляется за счет кипения ванны. При кипении происходит удаление газов из металла, всплывание и поглощение шлаком неметаллических включений, увеличивается поверхность раздела между шлаком и металлом, что способствует ускорению процессов удаления вредных примесей (фосфора, серы). Ввиду высокой окисленности шлака, удаление серы из металла менее эффективно, чем фосфора. Для удаления серы наводят новый шлак, загружая известь с добавлением боксита или плавикового шпата для уменьшения вязкости шлака. Содержание CaO в шлаке возрастает, а FeO уменьшается, создаются условия для удаления из металла серы. Для получения стали с низким содержанием серы, проводят обработку металла внепечными методами в ковше. В период кипения ванны интенсивно окисляется углерод. Поэтому при составлении шихты для плавки необходимо предусмотреть, чтобы в ванне к моменту расплавления содержание углерода было на 0,5 - 0,6% выше, чем требуется в готовой стали. Процесс кипения считают закончившимся, когда содержание углерода в металле соответствует заданному, а содержание фосфора минимально. После этого сталь раскисляют и после отбора контрольных проб выпускают в сталеразливочный ковш через отверстие в задней стенке печи.

Достоинствами производства стали в мареновых печах скрап-рудным процессом плавки является;

· возможность выплавлять сталь точного химического состава, с особыми физическими и химическими свойствами.

· Получения высоких температур, допускает применение сильно известковых шлаков, которые способствуют почти полному удалению из металла серы и фосфора.

· Возможность получать стали свободной от вредной закиси железа.

· Возможность получения высококачественных сталей, содержащих такие тугоплавкие элементы, как вольфрам, ванадий, молибден, расплавление которых в других печах затруднительно.

Задание 2

Эскизы модели стержневого ящика и стержня собранной литейной формы.



Рис. 2 эскизы модели стержневого ящика и стержня собранной литейной формы.

Последовательность изготовления формы методом ручной формовки.

Совокупность технологических операций по изготовлению литейных форм и стержней, способных выдержать воздействие расплавленного металла и сообщить ему свои очертания, называется формовкой. Основными операциями ручной формовки являются наполнение опоки формовочной смесью, уплотнение ее, извлечение модели и сборка формы. Формовка в опоках отличается большим разнообразием приемов, позволяющих обеспечить минимальные затраты труда и расходы при заданной серийности отливок.

Формовку рабочей полости литейной формы выполняют с помощью модельного комплекта. Неразъемные модели просты и дешевы в изготовлении и поэтому достаточно широко используются на практике. При использовании неразъемных моделей обеспечивается более высокая производительность, улучшаются условия труда, повышается размерная точность форм и т.п. Процесс изготовления литейной формы при этом объединяет определенную совокупность операций, которая рассмотрена ниже.

1. Для формовки нижней полуформы модель отливки 1 и опоку 3 устанавливают на подмодельную (подопочную) плиту 2 (рис.3.5, а) так, чтобы расстояние между стенкой опоки и моделью было не менее 25-30 мм.

2. Модель припыливают ликоподием или серебристым графитом, чтобы предотвратить прилипание к ней формовочной смеси.

3. Модель покрывают слоем просеиваемой через сито облицовочной смеси толщиной 15-20 мм для мелких отливок и 30-40 мм для крупных отливок.

4. Оставшийся объем опоки заполняют наполнительной смесью в несколько приемов слоями толщиной 50-70 мм.

5. Уплотнение засыпанной формовочной смеси ручной набойкой 4 (рис.3.5, г), а верхний слой - башмаком трамбовки 5.

6. Излишек смеси очищают линейкой 6 вровень с кромками опок, образуя поверхность, называемую контрландом, и накалывают на ней вентиляционные каналы, не доходящие до поверхности модели на 10-15 мм.

Рис. 3 Технологический процесс формовки по неразъемной модели

7. Готовую нижнюю полуформу вместе с заформованной в ней моделью поворачивают на 180 градусов.

8. На нижнюю полуформу по центрирующим штырям 8 устанавливают верхнюю опоку 9.

9. Плоскость разъема присыпают мелким разъединительным песком с целью предотвращения слипания формовочной смеси нижней и верхней полуформ.

10. В верхней опоке устанавливают модели элементов литниковой системы (коллектора 10, стояка 11 и выпора 11).

11. В верхнюю опоку засыпают слой просеянной облицовочной смеси с таким расчетом, чтобы он закрыл поверхность модели.

12. Весь объем верхней опоки заполняют наполнительной формовочной смесью.

13. Уплотнение засыпанной формовочной смеси ручной набойкой 4, а верхний слой - башмаком трамбовки 5.

14. Излишек смеси очищают линейкой 6 вровень с кромками опок и накалывают на ней вентиляционные каналы, не доходящие до поверхности модели на 10-15 мм.

15. Прорезают литниковую чашу и извлекают модель стояка и выпора.

16. Готовую верхнюю полуформу 13 снимают, поворачивают плоскостью разъема вверх и осматривают.

17. Специальным подъемником 14 извлекают модель из нижней полуформы, предварительно слегка расталкивая ее для облегчения процесса извлечения.

18. Специальным инструментом прорезают каналы питателей литниковой системы, соединяющей стояк и полость литейной формы.

19. Производят контрольный осмотр поверхности формы 15 и плоскости разъема, исправление поврежденных мест специальным инструментом (гладилками, ланцетами и т.п.) и очистку полости формы от остатков смеси.

20.Производят сборку полуформ по центрирующим штырям и устанавливают груз 16.

Задание 3

Способ литья в оболочковые формы основан на получении разовых полуформ и стержней в виде оболочек толщиной 6-10 мм. Их изготавливают путем отверждения на металлической оснастке слоя смеси, в которой связующее вещество при нагреве вначале расплавляется, а затем затвердевает (необратимо), придавая оболочке высокую прочность.

Технология литья в оболочковые формы включает ряд операций, выполнение которых при литье данным способом имеет ярко выраженные особенности. К ним относятся: приготовление специальной песчано-смоляной смеси; формирование на модельной оснастке тонкостенных оболочковых форм и стержней; сборка форм и их подготовка к заливке. Для приготовления оболочковых форм выпускают специальное связующее, представляющее собой смеси фенолформальдегидной смолы с катализатором отверждения смолы, вводимым в количестве 7-8%.

Предварительное формирование оболочки наиболее часто производят, используя поворотный бункер 1, в который засыпают песчано-смоляную смесь 2. На верхнюю часть бункера, снабженную кольцевым каналом 3 для подачи охлаждающей воды, устанавливают моделями вниз и закрепляют нагретую до 200-240 oС металлическую модельную плиту 4. На ней закреплена с помощью четырех направляющих колонок 5 плита 6 толкателей 7.

Толкатели, равномерно распределенные по всей плите, выходят на рабочую поверхность, как модели, так и модельной плиты. Их фиксируют специальными хвостовиками в гнездах плиты 6 и закрепляют в ней прижимной плитой 8. Модельная плита с выталкивающим устройством помещена в корпус 9. Для фиксации плиты толкателей в исходном положении на направляющих колоннах 5 установлены пружины 10.



Рис. 4 Технология литья в оболочковые формы

Для предварительного формирования оболочки бункер 1, снабженный цапфами 11 и поворотным механизмом, поворачивают на 1800, и формовочный материал падает на горячую модельную плиту, уплотняясь под действием гравитационных сил. В прилегающем к плите слое смеси смола плавится (при температуре 95-115 oС), смачивая зерна песка, а затем начинает полимеризоваться, загустевая и отверждаясь по мере прогрева до более высокой температуры. За 30-40 с выдержки смола успевает оплавиться в слое толщиной около 10 мм.

Слой остается на модельной плите после поворота бункера в исходное положение и сброса на дно бункера не прореагировавшей, сохранившей свои начальные свойства и пригодной для последующего использования части смеси.

Теперь модельную плиту со сформированной оболочковой полуформой снимают с бункера и подают в печь 12 где при температуре 300-400 oС за 90-120 с заканчивается полимеризация, и смола приобретает высокую технологическую прочность. Затем готовую оболочковую полуформу снимают с модельной плиты и соединяют с другой полу-формой (например, склеиванием) на специальном пневмопрессе. Для исключения прорыва расплава, формы с вертикальным разъемом обычно заформовывают в опорный наполнитель (песок, дробь и т.п.). Формы небольшой высоты с горизонтальным разъемом в большинстве случаев не заформовывают и заливают на поддонах с песчаной постелью.

В оболочковые формы получают отливки практически из любых промышленных сплавов массой до 200-300 кг. Преимущества литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в песчано-глинистые разовые формы заключаются в следующем:

· уменьшение параметров шероховатости поверхности и существенное улучшение внешнего товарного вида отливок;

· возможность получения отливок с тонким и сложным рельефом, а также толстостенных отливок с литыми каналами малых сечений;

· уменьшение трудоемкости ряда операций технологического процесса (приготовление смеси, изготовление формы, очистка отливок и пр.);

· сокращение в 8-10 раз и более объема переработки и транспортирования формовочных материалов;

· уменьшение металлоемкости формовочного оборудования.

Кроме того, для литья в оболочковые формы характерна меньшая жесткость оболочки, что следует рассматривать как достоинство метода в сравнении с методами литья в кокиль.

Основные недостатки метода литья в оболочковые формы:

· относительно высокая стоимость смоляного связующего;

· сложность модельной и стержневой оснастки;

· повышенное выделение вредных химических веществ в ходе термического разложения смоляного связующего;

· недостаточная прочность оболочек при получении тяжелых отливок;

· склонность к появлению некоторых специфических видов дефектов, сопровождающих низкую газопроницаемость литейной формы.

Задание 4

Объёмная холодная штамповка металла -- разновидность обработки металлов давлением. Отличие её от обработки горячей штамповкой в том, что её выполняют при температуре сплава ниже точки рекристаллизации. Различают несколько видов холодной штамповки -- холодная высадка, холодное выдавливание и штамповка в открытых штампах.

Такая обработка осуществляется в несколько операций, что обеспечивает постепенное и последовательное изменение формы: от изначальной формы заготовки до требуемой формы изделия. В процессе металлообработки происходит упрочнение материала и снижение его пластичности. Для увеличения пластичности и уменьшения сопротивления последующим деформациям применяют межоперационные отжиги, особенно в случаях, когда осуществляется большое число переходов.

Детали, изготовленные способом объёмной холодной штамповки, характеризуются высокой точностью: полые изделия, изготовленные этим способом, могут иметь толщину стенки, измеряемую в десятых и сотых долях мм. Технически, применение этой технологии позволяет изготавливать детали особо сложных форм, которые невозможно получить, используя другие методы обработки. Формовка металла без разрушения его целостности позволяет увеличить коэффициент использования материала до 95 % даже для деталей сложной конфигурации.

К основным видам холодной объёмной штамповки относятся:

· Выдавливание осуществляется методом давления, по своей сути схожим с прессованием металла. Отличие заключается в образовании трёхосного неравномерного сжатия в области деформации, что приводит к повышению пластичности обрабатываемого материала и позволяет получать большое формоизменение заготовки. Процесс формования детали заключается в следующем: под влиянием давления, создающегося при обжимании заготовки до состояния текучести, металл вытекает через отверстия матрицы соответствующей формы. Течения металла относительно к движению пуансона может иметь разную направленность и в зависимости от этого направления различают типы выдавливания.

1. Прямое выдавливание характеризуется совпадением движения пуансона и направления течения металла. Он применяется для получения сплошных удлинённых поковок: деталей значительной длины.

2. Боковое выдавливание характеризуется вытеканием металла через боковые отверстия, под углом к движению пуансона. Применяется для получения поковок с отростками: деталей сложной формы.

3. Обратное выдавливание характеризуется направлением вытекания, противоположным движению пуансона. Применяется для пустотелых поковок: деталей полых внутри.

4. Комбинированное выдавливание характеризуется одновременным течением в нескольких направлениях и применяется для производства деталей сложной формы.

· Высадка осуществляется путём деформирования исходной заготовки многократным ударным нагружением в штампах. При этом осуществляется местное увеличение поперечных размеров с одновременным уменьшением длины. Заготовка заводится в матрицу с помощью пуансона, где осуществляется высадка. Детали, в которых за один удар не удаётся изменить форму до требуемых размеров, производятся на многопозиционных высадочных автоматах.Методом холодной высадки можно производить изделия с поперечными параметрами 8--9 квалитета (допуск точности), что позволяет применять эту технологию для выпуска деталей, образующих сопряжение.

· Объемная формовка - это процесс формообразования изделий, при котором деталь получают обжатием заготовки в штампе. Это могут быть как открытые, так и закрытые штампы. В открытых излишек металла вытекает в полость, образуя облой, в закрытых формование происходит без образования облоя. Закрытые штампы, ввиду необходимости использования более мощного и дорогостоящего оборудования, а также их меньшей стойкости используют в основном для производства деталей из цветных металлов. При этом способе формовки деталей с малым диаметром и большой высотой во избежание складок деталь поддаётся обработке в несколько заходов.

Схемы методов холодного выдавливания.

Рис. 5 Схемы методов холодного выдавливания: а - обратный метод: 1 - пуансон, 2 - съемник, 3 - изделие, 4 - матрица; б - прямой метод: 1 - пуансон, 2 - матрица, 3 - изделие, 4 - выталкиватель. в - комбинированный метод: 1 - верхний пуансон, 2 - нижний пуансон, 3 - матрица; 4 - изделие, 5 - выталкиватель.

Задание 5

Способ горячей объёмной штамповки.

Горячей объемной штамповкой называется процесс получения поковок путем пластического деформирования нагретой заготовки в ручьях специального инструмента (штампа), рабочая полость которого имеет конфигурацию будущего изделия. При этом свободное течение металла ограничивается поверхностями внутренней полости (ручья) штампа, обеспечивая получение заданной формы и размеров поковки. Основным оборудованием для горячей объемной штамповки, является паровоздушный молот двойного действия. Штамповочное пространство молотов имеет обусловленные размеры h и H - величину хода бабы 6. В зависимости от массы падающих частей молот может производить 60-80 ударов в минуту. Паровоздушные штамповочные молоты изготавливаются с массой падающих частей 1-25 тонн.

При работе молота происходит значительное сотрясение почвы и фундамента зданий. Поэтому для горячей штамповки применяются бесшаботные молоты, у которых шабот заменяется подвижной бабой, связанной с верхней бабой стальными лентами, переброшенными через ролики.

Правильное определение температурного интервала штамповки имеет большое значение для получения качественных поковок. Повышенная температура начала ковки может привести к перегреву и пережогу металла. Заниженная температура начала ковки повышает затраты энергии и трудоемкость изготовления поковки, а также может привести к образованию внутренних трещин в изделии.

Несоблюдение температуры конца ковки приводит к образованию крупнозернистой структуры (при слишком высокой температуре конца ковки) или к наклепу и трещинам (при слишком низкой температуре конца ковки).

Нагрев металла перед штамповкой желательно осуществлять с наибольшей скоростью.

Для стали 20 температура начала ковки 12300 С. Температура конца ковки должна быть не ниже 7300 С и не выше 8200 С. Рекомендуемый интервал температур ковки 1200-8000 С.

Масса поковки определяется через объем поковки.

Объем поковки определяется как сумма объема детали и объема на припуск.

Vдет=Pдет/d=1300/7,8=166,7 см3

d-плотность стали 7,8 г/см3

Pдет=1300 грамм 

Vприп=Vдет*b=166,7*0,1=16,67 см3

b=0,1 коэффициент в зависимости от количества обрабатываемых поверхностей.

Vпок=Vдет+Vприп=166,7+16,67=183,37 см3=183370 мм3

Масса поковки

Pпок=Vпок*d=183,37*7,8=1430,3 грамм

В технологические отходы попадают:

Vзаус- объем металла, расходуемый на образование заусенца

Для поковок круглых в плане высота заусенца в мостике определяется:

hз=0,015*Dп=0,015*120=1,8 мм.

Dп -диаметр поковки

По таблице подбираем ближайшее значение h3=2,0 мм

Объем заусенца рассчитываем по формуле:

Vз=K*Sзк*Pп=0,4*136*483,56=26305 мм3

K=0,4 - коэффициент учитывающий заполнение заусенечной канавки

Sзк=136 мм2 - площадь поперечного сечения заусенца

Pп=*(Dпок+b+b1)=3,14*(120+9+25)=483,56 мм -периметр по центру тяжести заусенца для поковок массой менее 3 кг.

Vпер- объем металла, расходуемый на образование перемычки под прошивку

Толщина перемычки зависит от диаметра D и глубины наметки h и может быть определена по формуле

Vпер=**62=3,5*3,14*36=395,6 мм3

Vуг- объем металла, теряемый на угар при нагреве заготовки определяется по формуле

0,8 - угар металла в процентах для электропечей.

Объем заготовки определяется как сумма объемов поковки и отходов.

Vзаг=Vпок+Vзаус+Vпер+Vуг=183370+26305+395,6+1678,46212049 мм3

Масса исходной заготовки

Pзаг=Vзаг*d=212,049*7,8=1653,98 грамм

При диаметре исходной заготовки 54 мм длина исходной заготовки равна

Так же рассмотрим схему горячей объемной штамповки на горизонтально-ковочной машине. 

Рис. 6 Схема горячей объемной штамповки на горизонтально-ковочной машине.

Штамп состоит из трех частей: неподвижной матрицы 3, подвижной матрицы 5и пуансона 1, размыкающихся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Пруток 4 с нагретым участком на его конце закладывают в неподвижную матрицу. Положение конца прутка определяется упором 2. При включении машины подвижная матрица 5 прижимает пруток к неподвижной матрице, упор автоматически отходит в сторону, и только после этого пуансон 1соприкасается с выступающей частью прутка и деформирует ее. Металл при этом заполняет формующую полость, расположенную впереди зажимной части. Формующая полость может находиться только в матрице, только в пуансоне, а также в матрице и пуансоне.

После окончания деформирования пуансон движется в обратном направлении, выходя из полости матрицы. Матрицы разжимаются, деформированную заготовку вынимают или она выпадает из них.

Штамповка выполняется за несколько переходов в отдельных ручьях, оси которых расположены одна над другой. Каждый переход осуществляется за один рабочий ход ползуна.

Осуществляются операции: высадка, прошивка, пробивка. За один переход можно высадить выступающий из зажимной части матрицы конец прутка только в том случае, если его длина не превышает трех диаметров. При большей длине возможен изгиб заготовки, поэтому предварительно необходимо произвести набор металла. Набор металла осуществляется в полости пуансона, которой придают коническую форму. В качестве исходной заготовки используют пруток круглого или квадратного сечения, трубный прокат. Штампуют поковки: стержни с утолщениями и глухими отверстиями, кольца, трубчатые детали со сквозными и глухими отверстиями. Так как штамп состоит из трех частей, то напуски на поковки и штамповочные уклоны малы или отсутствуют.

При горячей объемной штамповке формообразование осуществляется принудительным перераспределением металла нагретой заготовки в штампе. Свободное течение металла ограничивается поверхностями полостей штампов. Этот процесс широко распространен в производстве, так как по сравнению со свободной ковкой он дает возможность получать штампованные поковки с более высокими механическими свойствами и в 3...4 раза меньшими допусками.

Точность размеров и качество поверхности штампованных поковок регламентируются ГОСТами. Так, точность поковок может соответствовать 8... 11-му квалитетам. Иногда их лишь шлифуют в местах сопряжения с другими деталями. Заготовками для горячей штамповки служат изделия прокатного производства -- профили квадратные, круглые и прямоугольные, с периодически повторяющимся профилем сечения. Для получения фасонных заготовок применяют специальные заготовительные операции (свободная ковка, предварительная штамповка).

Для горячей объемной штамповки создают дорогостоящие штампы, используемые для изготовления конкретных поковок. Штампы работают в чрезвычайно тяжелых условиях: подвергаются ударам, воздействию высоких температур и усиленному износу. Для их изготовления применяют специальные стали: 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, ЗХ2В8Ф, 6ХВГ, 7X3 и др.

Различают два основных способа горячей штамповки: в открытых и закрытых штампах.

· Штамповкой в открытых штампах , получают поковки с оболам заусенцем по месту разъема штампа. В зазор А3, который закрывает выход основному металлу, вытекает часть металла, что обеспечивает полное заполнение полости штампа. Метод имеет недостатки: потери металла в заусенец, введение операций по обрезке заусенца, дополнительные энергетические затраты.

· Штамповка в закрытых штампах называется еще безоблойной штамповкой. Этот способ получения поковок используется при равенстве объемов заготовки и полости штампа. Зазор между частями штампа небольшой и постоянный, отчего металл не образует заусенца. Формование в закрытых штампах обеспечивает экономию металла и переработку малопластичных материалов за счет всестороннего неравномерного сжатия.

Наиболее широко штамповка распространена в машиностроительной промышленности, где производство носит крупносерийный и массовый характер. С ростом техники кузнечно-штамповочного производства кузнечные цехи начинают не только поставлять заготовки для окончательной обработки, но также выпускать готовые детали и выполнять завершающие операции после механической обработки (наката резьб, шлицев). Горячую объемную штамповку широко применяют в автомобильной, тракторной, транспортной, авиационной и других отраслях промышленности. Горячей объемной штамповкой изготовляют многочисленные и различные по конструкции, массе и размерам поковки: коленчатые валы, колеса, шатуны, рычаги, шестерни, крышки, болты, гайки, втулки и многие другие.

Схема пресса штамповки

Рис. 7 Схема пресса штамповки.

При штамповке температурный интервал ковки и штамповки устанавливается на основании следующих данных:



Таблица 1. Температурные интервалы ковки и штамповки некоторых углеродистых и легированных сталей.

Полуавтоматическая сварка.

Полуавтоматическая сварка -- процесс сварки, при котором электродная проволока подается с постоянной или переменной скоростью в зону сварки и одновременно в эту же зону поступает активный (к примеру: углекислый газ) или инертный газ (к примеру: аргон) или газовые смеси, который обеспечивает защиту расплавленного или нагретого электродного и основного металлов от вредного воздействия окружающего воздуха. Защитный газ при этом подается из баллона через газовый редуктор. Кроме того, что полуавтоматическая сварка обеспечивает высокое качество шва, значительно облегчается поджиг дуги, резко возрастает удобство и скорость работы -- сварщик избавлен от необходимости смены электродов и зачистки швов от шлака.

Сварка в среде углекислого газа является одним из наиболее эффективных процессов при устранении механических повреждений в тонколистовых автомобильных узлах и деталях. Основные достоинства этого процесса: высокая производительность, возможность сварки в любом пространственном положении, незначительный нагрев детали и, как следствие, меньшее ее коробление, более благоприятные, по сравнению с другими видами сварки, условия труда.

Для сварки в среде углекислого газа применяют проволоку следующих марок: Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС и др. Большая стабильность процесса и лучшее качество обеспечивается при сварке омедненной проволокой. Для защиты сварочной ванны применяют углекислый газ сварочный 1-го или 2-го сорта. Питание установки углекислым газом осуществляют по схеме: баллон с углекислотой -- подогреватель-осушитель -- понижающий редуктор -- ротаметр (расходомер) -- горелка. Из 1 кг жидкой углекислоты образуется 509 л газа. В баллон вместимостью 40 л заливается 25 кг углекислоты, из которой образуется газ, достаточный для 12-15 ч непрерывной работы.

Оборудование и аппаратура.

В комплект оборудования для сварки в среде углекислого газа входят сварочный выпрямитель, подающий механизм и держатели со шлангами. Для подачи в зону дуги электродной проволоки в качестве подающего механизма используют полуавтоматы А-547-У, А-825, ПДПГ-500 и др. Наибольшее распространение получает полуавтомат А-547-У. Механизм подачи электродной проволоки этого полуавтомата смонтирован вместе с катушкой для намотки проволоки в небольшом металлическом чемодане, который можно переносить за ручку или на ремне через плечо. Скорость подачи электродной проволоки изменяется плавно от 148 до 600 м/ч путем изменения частоты вращения вала электродвигателя и смены подающего ролика. В подающем механизме установлен газовый клапан, который совместно с редуктором обеспечивает надежную защиту места сварки газом в начальный период процесса сварки. Сварку в среде углекислого газа выполняют на постоянном токе обратной полярности. Сила тока зависит от диаметра и скорости подачи электродной проволоки. Силу тока регулируют путем изменения скорости подачи проволоки и напряжения дуги. Важнейшим элементом режима сварки является напряжение дуги. С повышением напряжения увеличивается общая длина дуги и ширина шва. При слишком малом вылете электродной проволоки затрудняется видимость в зоне сварки, а при большом нарушается стабильность дуги. Техника сварки в среде углекислого газа очень проста. Сварщику достаточно лишь выдержать определенный вылет электродной проволоки и перемещать горелку с определенной скоростью. Перед началом сварки необходимо убедиться, выходит ли углекислый газ из сопла горелки. Для возбуждения дуги конец электродной проволоки упирают в металл, где должен начинаться шов, и нажимают на пусковую кнопку. После возбуждения дуги устанавливают требуемый вылет электродной проволоки. Горелку можно перемещать в любом направлении. Сварка справа налево углом вперед лучше в том отношении, что она дает возможность наблюдать за свариваемыми кромками. Угол между осью мундштука горелки и поверхностью сварки должен быть в пределах 65-75°C. Соблюдение оптимальных режимов и техники сварки обеспечивает хорошее формирование шва, достаточный провар и хорошие механические свойства наплавленного металла.

Производство сварной двутавровой балки.

Данный процесс осуществляется в несколько последовательно идущих друг за другом стадий, каждая из которых на сегодняшний день идеально отработана:

Создание заготовки. На агрегатах термической резки из листового металла изготавливаются необходимые по ширине и длине штрипсы. Современные предприятия работают на установках с ЧПУ, что позволяет одновременно производить раскрой стальных листов несколькими резаками. Конкретная скорость роспуска может составлять до 1 метра за 1 минуту - все зависит от того, какой толщины заготовка используется.На фото - изготовление двутавровой балки.

Схема полуавтоматической сварки в среде углекислого газа

Фрезеровка кромок.

На кромкофрезерном станке осуществляется обработка кромок. Данная операция необходима для того, чтобы улучшить провар шва между стенкой двутавровой балки и ее полкой. Времени она занимает немного, а вот эффект от фрезеровки сказывается впоследствии, когда делается сборка и сварка двутавровой балки. Сборка заготовки. Выполняется она на специальных станах, увеличивающих производительность работ в 2-3 раза. Особое внимание при этом специалисты обращают на обеспечение взаимной перпендикулярности и симметрии расположения стенки двутавра и полки. Экономическая и техническая целесообразность применения сборочных станов обусловлена уникальной надежностью и реальным быстродействием механизма, отвечающего за грамотное и точное позиционирование деталей двутавра. Большинство предприятий используют установки с прижимными гидравлическими механизмами, так как закрепление балочных элементов с применением винтов и их последующее освобождение может потребовать немалых затрат времени. С технической точки зрения сборка балки осуществляется в две стадии. Сначала собирается Т-образный профиль, после чего его кантуют на 180 градусов, что дает возможность выполнять непосредственно сборку двутаврового изделия.

Рис. 8 Схема сварки двутавровых балок.

Электродная проволока

Основу электродов составляют металлические стержни, изготовляемые, главным образом, из стальной сварочной проволоки, специально для этого предназначенной. Такую проволоку выпускают по ГОСТ 2246-70 «Проволока стальная сварочная» или по техническим условиям, устанавливающим отличный от стандартного химический состав металла проволоки и предусматривающим остальные требования по указанному стандарту. Стандартная проволока является холоднотянутой, ее изготавливают из низкоуглеродистых, легированных и высоколегированных сталей.

В электродном производстве применяют десятки марок проволок, которые отличаются, в первую очередь, химическим составом. В условное обозначение каждой марки проволоки входит индекс Св (сварочная), за которым через дефис следует группа цифр и букв. Первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Обозначение легирующих элементов, содержащихся в металле проволоки, и их количества аналогично обозначениям в типах наплавленного металла высоколегированных электродов.

Подавляющее большинство объема выпускаемых электродов производят из низкоуглеродистой проволоки марок Св-08 и Св-08А. Буква А в конце обозначения указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора. В проволоке марки Св-08АА две буквы А указывают на пониженное содержание серы и фосфора по сравнению с проволокой марки Св-08А. Из такой проволоки производят электроды, обеспечивающие В легированных сварочных проволоках содержится до шести легирующих элементов, а их общая концентрация не превышает 6%. При больших концентрациях проволоку относят к высоколегированной.

Для изготовления электродов применяют проволоку диаметром 1,6-6,0 мм. Кроме норм по химическому составу, к сварочной проволоке предъявляют требования но точности диаметра, временному сопротивлению, разрыву, состоянию, поверхности.

Проволока Св-IA содержит до 0,10% С; 0,35-- 0,6% Mn; 0,15--0,25% Si; 0,03--0,04% S; до 0,03% Р.

Основные режимы сварки полуавтоматом



Контроль сварных швов.

После завершения сварочных работ, изделия должны подвергаться контролю сварных соединений с целью обнаружения и исправления дефектов. Невооруженным глазом можно рассмотреть лишь часть из них - крупные наружные трещины и поры, непровары, подрезы и т.п. Большая часть дефектов скрыта в глубине металла или имеет такие малые размеры, что обнаружить их можно только с использованием специальных приборов и материалов. Существует много способов контроля сварных швов, различающихся по принципу действия, способности к обнаружению тех или иных видов дефектов, техническому оснащению. Методы контроля сварных соединений подразделяются на разрушающие и неразрушающие. Последние, в силу понятных причин, являются наиболее широко используемыми. Применяются следующие основные методы неразрушающего контроля сварных соединений:

· внешний осмотр;

· радиационная дефектоскопия;

· магнитный контроль;

· ультразвуковая дефектоскопия;

· капиллярная дефектоскопия;

· контроль сварных швов на проницаемость;

· прочие методы (проверка с использованием вихревых токов и т.п.).

Внешний осмотр.

Всякий контроль сварных соединений начинается с внешнего осмотра, с помощью которого можно выявить не только наружные дефекты, но и некоторые внутренние. Например, разная высота и ширина шва и неравномерность складок свидетельствуют о частых обрывах дуги, следствием которых являются не провары. Перед осмотром, швы тщательного очищаются от шлака, окалины и брызг металла. Более тщательная очистка в виде обработки шва промывкой спиртом и травлением 10%-ным раствором азотной кислоты придает шву матовую поверхность, на которой легче заметить мелкие трещины и поры. После использования кислоты нужно не забыть удалить ее спиртом во избежание разъедания металла. Визуальный контроль сварных соединений выявляет, прежде всего, наружные дефекты - геометрические отклонения шва (высоты, ширины, катета), наружные поры и трещины, подрезы, непровары, наплывы. Для эффективности контроля используют дополнительное местное освещение и лупу с 5-10 кратным увеличением. Лупа - очень полезный инструмент в данном случае, она помогает выявить многие дефекты, которые нельзя рассмотреть невооруженным глазом - тонкие волосяные трещины, выходящие на поверхность, пережег металла, малозаметные подрезы. Она позволяет также проследить, как ведет себя конкретная трещина в процессе эксплуатации - разрастается или нет. При внешнем осмотре применяется также измерительный инструмент для замера геометрических параметров сварного соединения и дефектов - штангенциркуль, линейка, различные шаблоны.

Капиллярный контроль

Капиллярный контроль основан на капиллярной активности жидкостей - их способности втягиваться, проникать в мельчайшие каналы (капилляры), имеющиеся на поверхности материалов, в том числе поры и трещины сварных швов. Чем выше смачиваемость жидкости и чем меньше радиус капилляра, тем больше глубина и скорость проникновения жидкости. С помощью капиллярного контроля можно контролировать материалы любого вида и формы - ферромагнитные и неферромагнитные, цветные и черные металлы и их сплавы, керамику, пластмассы, стекло. В основном, капиллярный метод применяют для обнаружения невидимых или слабовидимых невооруженным глазом поверхностных дефектов с открытой полостью. Однако с помощью некоторых материалов (керосина, например) можно с успехом обнаруживать и сквозные дефекты. Для капиллярного контроля разработан ГОСТ 18442-80 "Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования". Контроль сварных швов с помощью пенетрантов. К наиболее распространенным способам контроля качества сварных швов с использованием явления капиллярности относится контроль пенетрантами (англ. penetrant - проникающий) - веществами, обладающими малым поверхностным натяжением и высокой световой и цветовой контрастностью, позволяющей легко их увидеть. Сущность метода состоит в окраске дефектов, заполненных пенетрантами.

Пенетрант для контроля сварных швов.

Существуют десятки рецептур пенетрантов, обладающих различными свойствами. Есть пенетранты на водной основе и на основе различных органических жидкостей (керосина, скипидара, бензола, уайт-спирита, трансформаторного масла и пр.). Последние (на основе различных органических жидкостей) особенно эффективны и обеспечивают высокую чувствительность выявления дефектов. Если в рецептуру пенетрантов входят люминесцирующие вещества, то их называют люминесцентными, а способ контроля - люминесцентной дефектоскопией. Наличие таких пенетрантов в трещинах определяется при облучении поверхности ультрафиолетовыми лучами. Если в состав смеси входят красители, видимые при дневном свете, пенетранты называются цветными, а метод контроля - цветной дефектоскопией. Обычно в качестве красителей используются вещества ярко-красного цвета. У разных пенетрантов разная чувствительность. Самые чувствительные (1-й класс чувствительносьи) способны выявлять капилляры с поперечным размером 0,1-1 мкм. Верхний предел капиллярного метода - 0,5 мм. Глубина капилляра должна быть минимум в 10 раз больше ширины.

Пенетрант может храниться в любой емкости и наноситься на контролируемый шов любым способом, но наиболее удобная форма выпуска - аэрозольные баллончики, с помощью которых смесь распыляется на поверхность металла. Обычно в комплект средства контроля швов входят три баллончика :сам пенетрант, очиститель, предназначенный для очистки поверхности от загрязнений перед проведением контроля и удаления излишков пенетранта с поверхности перед проявлением;

проявитель - материал, предназначенный для извлечения пенетранта из дефекта и создания фона, для образования четкого индикаторного рисунка. Баллончики могут быть разборными, позволяющими заряжать их на специальном зарядном стенде, входящем в комплект. Методы контроля сварных соединений с использованием разных пенетрантов могут незначительно отличатся друг от друга, но в основном они сводятся к трем операциям - очистке поверхности, нанесению на неё пенетранта и проявлению дефектов с помощью проявителя. В деталях это выглядит следующим образом.

Контроль сварных соединений пенетрантом:

1 - очищенная поверхность с трещиной,

2 - нанесенный на поверхность пенетрант (пенетрант заполнил трещину),

3 - очищенная от пенетранта поверхность (пенетрант остался в трещине),

4 - нанесенный на поверхность проявитель (проявитель вытягивает пенетрант из трещины на поверхность, и может создавать светлый фон)

Поверхность шва и околошовной зоны очищается от загрязнения, обезжиривается и сушится. При очистке важно не внести в дефекты новых загрязнений, поэтому механический способ очистки, при котором повреждения могут забиться посторонними включениями, использовать нежелательно. Обычно рекомендуется заканчивать операцию очистки очистителем, идущим в комплекте, - протерев им поверхность материалом не оставляющим волокон. Если сварной шов перед контролем подвергался травлению, травящий состав нужно нейтрализовать 10-15% раствором соды (Na2CO3).

При контроле в условиях минусовых температур (если свойства используемого пенетранта допускают это), поверхность изделия рекомендуется протереть чистой тканью, смоченной в этиловом спирте.

Затем на поверхность распыляют пенетрант и дают выдержку в течение 5-20 минут (в соответствии с инструкций для конкретного состава). Это время необходимо на проникновение жидкости в имеющиеся дефекты. После выдержки излишки пенетранта удаляются с поверхности. Способ удаления может различаться в зависимости от используемого состава. Водорастворимые смеси удаляют тканью без волокон, смоченной в воде, но обычно излишки пенетранта удаляются очистителем, входящим в состав комплекта. Независимо от способа удаления, нужно добиться того, чтобы поверхность была полностью очищена от препарата.

В заключительной стадии операции, из третьего баллончика наносится индикаторная жидкость, которая вытягивает пенетрант из полостей дефектов по принципу промокашки, отображая их расположение и форму в виде цветового рисунка. В случае необходимости, при осмотре применяют лупу с двукратным увеличением.

Проверка качества сварных швов с использованием пенетрантов имеет как достоинства, так и недостатки. В числе первых - простота использования, высокая чувствительность и достоверность обнаружения дефектов, многообразие контролируемых по виду и форме материалов, высокая производительность, относительная дешевизна. К основным недостаткам относится возможность обнаружения только поверхностных дефектов, необходимость тщательной очистки шва, невозможность применения после механической обработки поверхностного слоя. Применяя пенетранты, следует также иметь в виду, что широко раскрытые дефекты (более 0,5 мм) могут не проявиться - из-за особенности капиллярного явления. Контроль швов на непроницаемость с помощью керосина. Несмотря на свою простоту, контроль качества сварных соединений с помощью керосина достаточно эффективен и к тому же не требует сколько-нибудь значительных материальных затрат. Недаром им продолжают широко пользоваться и в наше время, богатое на различные высокофункциональные устройства и приборы. Керосин способен проникать сквозь мельчайшие трещины в сварных швах, благодаря чему позволяет обнаруживать мельчайшие дефекты. По своей эффективности способ контроля керосином эквивалентен гидравлическому испытанию с давлением 3-4 кгс/мм2. Он основан на том же явлении капиллярности, что и контроль пенетрантами. К слову сказать, в некоторые пенетранты фирменного изготовления керосин входит в качестве составляющего компонента.

Проверка керосином сводится к ряду последовательных операций:

Очистка шва с двух сторон от шлака, грязи и ржавчины.

Покрытие одной из сторон (той, за которой удобнее наблюдать) водной суспензией каолина или мела (350-450 г на 1 л воды). После нанесения суспензии необходимо подождать, пока она высохнет. Для ускорения процесса покрытие можно просушить горячим воздухом. Обильное смачивание обратной стороны керосином - 2-3 раза в течение 15-30 минут, в зависимости от толщины металла. Это можно делать струей из краскопульта или паяльной лампы, а также с помощью кисти или кусочка ветоши. Наблюдение за стороной, на которую нанесена меловая или каолиновая суспензия, и маркирование проявляющихся дефектов. Негерметичность швов обнаруживает себя появлением темных полос или точек на меловом или каолиновом покрытии, которые с течением времени расплываются в более обширные пятна. Именно поэтому наблюдать за обратной стороной нужно сразу после нанесения керосина - чтобы зафиксировать первые проявления керосина, точно указывающие на место и форму дефекта. Проявляющиеся точки свидетельствуют о порах и свищах, полоски - о сквозных трещинах. Продолжительность испытания при комнатной температуре должна составлять несколько часов. Скорость проникновения керосина в дефекты зависит от его вязкости, которая уменьшается с повышением температуры. Контроль сварных швов с помощью керосина предназначен в основном для стыковых соединений, в отношении нахлесточных он менее эффективен. Повысить его действенность в этом случае можно, просверлив отверстие и закачав или залив керосин между швами. Применяя этот прием нужно иметь в виду, что керосин, попавший в стык деталей, может впоследствии вызвать коррозию, поэтому его необходимо удалить после испытания подогревом детали горелкой или паяльной лампой.

Задание 6

Обработка поверхностей детали.

Отделочные операции выполняются для повышения чистоты, точности обработки или создания на поверхности детали специально предусмотренной шероховатости определенного узора. С этой целью на токарных станках производят опиливание, полирование, доводку, тонкое точение, обкатывание, раскатывание, выглаживание и накатывание. Рассмотрим некоторые из них:

1. Опиливание

Назначение. Опиливание производят для зачистки поверхностей, удаления заусенцев, снятия небольших фасок, а также для срезания незначительного слоя металла, когда диаметр после обтачивания получился больше требуемого.

Инструменты. Опиливание выполняется напильниками различной формы: плоскими, квадратными, трехгранными, круглыми и др. Для грубых работ применяют драчевые напильники, для чистовых -- личные и при необходимости получения высокой чистоты поверхности -- бархатные. Они отличаются между собой количеством насечек на равной длине.

Перед пользованием напильники следует осмотреть и, если нужно, очистить от грязи и стружки металлической щеткой, перемещая ее вдоль насечек. Замасленные напильники предварительно натирают куском сухого мела или древесного угля.

Приемы работы. Для предотвращения травм опиливание на токарном станке следует вести осторожно и внимательно. Пользоваться можно только напильниками с плотно насаженной ручкой. Во время опиливания токарь должен стоять примерно под углом 45 вправо к оси центров станка. Ручка напильника зажимается в левой руке, а противоположный конец его удерживают пальцами правой руки.



Рис. 9 Отпиливание детали на токарном станке.

B процессе опиливания напильник располагают перпендикулярно к оси детали, слегка прижимают к обрабатываемой поверхности и плавно перемещают одновременно вперед и в сторону. При движении назад нажим немного ослабляют. Быстрое и резкое движение напильника нарушает форму детали. Нажим на напильник должен быть одинаковым на протяжении всего его хода, иначе снятие металла будет неравномерным, что приведет к искажению формы обрабатываемой поверхности.

Режим работы. Окружная скорость обрабатываемой поверхности при опиливании принимается равной 15--20 м/мин.

2. Полирование

Назначение. Полирование выполняют для повышения чистоты и блеска поверхностей, а также подготовки их под электролитическое покрытие хромом или никелем.

Инструменты. На токарных станках полирование осуществляется шлифовальными шкурками на бумаге или полотне. Сталь и цветные пластичные металлы обрабатывают корундовыми шкурками, чугун и хрупкие материалы -- шкурками из карбида кремния. Зернистость шкурки (размер абразивных зерен в сотых долях миллиметра) принимается в зависимости от требуемой чистоты обрабатываемой поверхности в пределах 50--3;

Приемы работы. Кусочек шкурки удерживают пальцами правой руки или обеими руками за ее концы прижимают к вращающейся, детали и перемещают возвратно-поступательно вдоль полируемой поверхности. Удерживать шкурку рукой в обхват нельзя, так как она может намотаться на деталь и защемить пальцы.

При полировании стоят у станка так же, как при опиливании, примерно под углом 45° вправо к оси центров станка. Передний конец шкурки удерживают левой рукой, противоположный -- правой.

Полирование выполняют последовательно несколькими шкурками с постепенным уменьшением их зернистости.

Цилиндрические поверхности удобно полировать жимками. Они состоят из двух деревянных брусков, соединенных на одном конце кожей или металлическим шарниром. Во внутренние радиусные углубления брусков укладывается шлифовальная шкурка. Обрабатываемую поверхность охватывают жимком, который удерживают руками, и выполняют полирование действиям:: аналогичными вышеописанным.

...