Технология конструкционных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание для курсовой работы по технологии конструкционных материалов

1. Дайте краткую характеристику материалов, применяемых в доменном производстве для получения чугуна. Опишите способы их предварительной подготовки.

2. По эскизу детали разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями, приведите эскизы модели, стержневого ящика и собранной литейной формы (в разрезе). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки.

3. Опишите особенности конструирования деталей, изготовленных литьем в кокиль и под давлением.

4. Начертите эскизы пяти профилей сортового проката. Укажите исходный материал. Перечислите прокатные операции технологического получения сортового проката.

5. По эскизу готовой детали разработайте схему технологического процесса изготовления поковки способом ковки на паровоздушном ковочном молоте. При выполнении работы следует: 1) описать сущность процесса ковки и указать область ее применения; 2) начертить схему молота и описать его работу; 3) дать схему печи; 4) по чертежу поковки определить ее массу; 5) дать эскизы переходов ковки и применяемого инструмента; 6) перечислить все технологические отходы, определить объем и длину исходной заготовки, указать способ ее получения (диаметр исходной заготовки указан на чертеже задания); 7) описать механизацию процесса ковки.

6. Начертите схему и опишите сущность процесса автоматической сварки под слоем флюса. Укажите назначение флюса и флюсовой подушки. Разработайте процесс сварки плиты из СтЗ. Производство - крупносерийное. Укажите тип соединения и форму разделки кромок под сварку. Дайте эскиз сечения шва с указанием его размеров. Выберите марку и диаметр электродной проволоки и флюса. Подберите режим сварки. Укажите методы контроля качества сварного шва.

7. Приведите схемы обработки поверхностей 1, 2, 3 детали. Для каждой схемы укажите названия станка, инструмента и зажимных приспособлений. Приведите эскизы инструмента для обработки поверхности 3 и приспособления для закрепления заготовки при обработке поверхности 1.

8. Приведите схемы, опишите физическую сущность, назначение и область применения хонингования.

1. Дайте краткую характеристику материалов, применяемых в доменном производстве для получения чугуна. Опишите способы их предварительной подготовки

Исходные материалы, применяемые в доменном производстве для получения чугуна. При выплавке чугуна применяются железные руды, топливо, флюсы. Железная руда содержит железо в различных соединениях:

- в виде оксидов;

- в виде гидроксидов;

- карбонатов и т.д., а также пустую породу, состоящую в основном из оксидов Si, Mg, Al, Ca и др.

К железным рудам относится магнитный железняк Fe3O4 (55-60% Fe), красный железняк Fe2O3 (55-60% Fe) , бурый железняк (содержит гидраты оксидов железа 2Fe2O3*3H2O), шпатовые железняки (содержащие FeCO3 30-40%).

При изготовлении чугуна применяется CaCO3 или доломитизированный известняк, содержащий CaCO3 и MgCO3, так как в шлаке нужно должно содержаться некоторое количество основных оксидов (CaO, MgO).

Топливом при производстве чугуна является кокс, обеспечивающий необходимую температуру для восстановления железа из оксидов.

Для доменного процесса требуется прочное, неспекающееся твердое топливо, которое служит не только горючим для нагрева шихты и ее расплавления, но и химическим реагентом для восстановления железа из руды. Естественные виды топлива не обладают необходимыми свойствами, так как они спекаются и недостаточно прочны. Поэтому для доменной плавки применяют твердое топливо - кокс.

Подготовка руд к доменной плавке.

Производительность доменной печи, расход кокса и качество получаемого чугуна зависят от состава исходных материалов для плавки - железной руды, кокса, и флюсов. При увеличении содержания железа в руде, применении кокса определенной и равномерной кусковатости повышается производительность доменной печи, снижается расход кокса. Установлено, что в шихтовых материалах для доменной плавки оптимальное содержание железа должно быть 60 - 61 %. Однако содержание железа в добываемых рудах значительно ниже; кроме того, многие из них содержат вредные примеси, ухудшающие качество чугуна и стали, например серу, фосфор. Поэтому перед плавкой железные руды подвергают специальной подготовке, цель которой состоит в увеличении содержания железа в шихте, повышении ее однородности по кустоватости и химическому составу. Основные методы подготовки руды к плавке следующие: дробление и сортировка по крупности; обогащение; окускование. Метод подготовки руды зависит от ее качества.

Дробление и сортировка руд по крупности необходимы для получения кусков руды определенной величины, оптимальной для плавки. Куски руды дробят и сортируют по крупности на специальных агрегатах - дробилках и классификаторах.

Руды обогащают для повышения содержания железа в шихте. В результате обогащения руду подразделяют на концентрат с высоким (более 60%) содержанием железа и хвосты - отходы с небольшим содержанием металла. Способы обогащения руд основаны на использовании различия физических свойств минералов, входящих в состав руды: плотностей ее составляющих, магнитной восприимчивости, физико-химических свойств поверхностей минералов.

Промывка руды водой позволяет отделить плотные составляющие рудных минералов от пустой рыхлой породы (песка, глины).

Гравитация (отсадка) основана на отделение руды от легкой пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита, на котором лежит руда. При этом легки зерна пустой породы вытесняются в верхний слой и уносятся водой, я тяжелые, содержащие рудные минералы, опускаются вниз. Применяют также гравитационное обогащение в тяжелых средах: тяжелую руду погружают в жидкость, плотность которой выше плотности пустой породы. Рудный минерал осаждается на дно, а пустая порода всплывает и удаляется.

Магнитная сепарация основана на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы. Измельченную руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы, отделяя их от пустой породы. Этим способом обогащают магнетитовые руды. Для обогащения бурых железняков их подвергают магнетизирующему обжигу 600-800 ⁰С в печах с слабовосстановительной атмосферой. В результате слабомагнитная окись железа Fe₂O₃ переходит в магнитную закись - окись Fe₃O₄. После такого обжига руду направляют на магнитную сепарацию.

Окускование производят для переработки концетратов, полученных после обогащения, в кусковые материалы необходимых размеров. Использую два способа окускования: агломерацию и окатывание.

Агломерация заключается в спекании шихты, состоящей из железной руды (40 - 50 %), известняка (15 - 20%), возврата мелкого агломерата (20 - 30 %), коксовой мелочи (4 - 6 %), влаги (6 - 9%). Спекание выполняют на агломерационных машинах при 1300 - 1500 ⁰С. В процессе спекания из руды удаляются вредные примеси (сера, частично мышьяк), карбонаты разлагаются и получается кусковой пористый офлюсованный материал - агломерат.

Окатывание применяют для обработки тонко измельченных концентратов. Шихта, состоящая из измельченных концентратов, флюса, топлива, увлажняется и при обработке во вращающихся барабанах, тарельчатых чашах (грануляторах) приобретает форму шариков - окатышей диаметром до 30 мм. Окатыши высушивают и обжигают при 1200 - 1350 ⁰С на специальных машинах. После обжига окатыши приобретают высокую прочность при достаточной пористости.

Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса - известняка в доменную печь при плавке, так как флюс в необходимом количества входит в их состав. Это улучает работу доменной печи, повышает ее производительность, снижает расход кокса.

2. По эскизу детали разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями, приведите эскизы модели, стержневого ящика и собранной литейной формы (в разрезе). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки

На чертеж детали в соответствии с ГОСТ 3.1125 - 88 наносят технологические указания, необходимые для изготовления модельного комплекта, формы и стержня, и получают чертёж отливки с модельно - литейными указаниями.

Рисунок 1- Эскиз детали

Поверхности деталей, подвергающиеся механической обработке, условно обозначаются знаком . Остальные поверхности механической обработке не подлежат, на что указывает знак () в правом углу эскиза.

При разработке эскиза отливки с литейно-модельными указаниями на эскиз детали условно наносят:

1. Плоскость разъёма модели и формы (1), показывающая отрезком, над которым указывается буквенное обозначение разъёма РМ. Направление разъёма показывается сплошной основной линией, ограниченной стрелками и перпендикулярной линии разъёма. Положение отливки в форме при заливке обозначается буквами В (верх) и Н (низ). Буквы проставляются у стрелок, показывающих направление разъёма.

Рисунок 2- Эскиз отливки: 1 - разъём модели; 2 - припуск на механическую обработку; 3 - стержень; 4 - формовочные уклоны; 5 - необрабатываемые отверстия

2. Припуски на механическую обработку (2), обозначающие сплошными тонкими линиями у поверхностей, где указан знак обработки (допускается выполнять линию припуска красным карандашом). Величины припусков определены ГОСТ 26645 - 85 и при единичном производстве выбираются по III классу точности в зависимости от способа литья, материала отливки, положения обрабатываемой поверхности при заливке (верх, низ, бок), наибольшего габаритного и номинального размера отливки. Под номинальным размером отливки подразумевается расстояние между двумя противоположными обрабатываемыми поверхностями или расстояние от установочной базовой поверхности до обрабатываемой.

Таблица 1 - Припуски на механическую обработку отливок из серого чугуна по III классу точности в мм (ГОСТ 26645 - 85)

Таблица 2 - Припуски на механическую обработку фасонных отливок из стали по III классу точности в мм (ГОСТ 26645-85)

3. Отверстия, впадины, выемки, не выполняемые при литье, зачёркивают сплошными тонкими линиями (5), которые допускается выполнять красным карандашом.

4. Контуры стержня со стержневыми знаками (3) изображаются сплошной тонкой линией, которую допускается выполнять синим цветом. Стержни в разрезе штрихуются только у контура. Размеры знаков стержней и зазоры между знаками стержней и модели принимаются по ГОСТ 3606 - 80.

5. Формовочные уклоны (4) на вертикальных стенках обозначаются тонкими линиями и выбираются в зависимости от высоты отливки от плоскости разъёма.

Таблица 3 - Формовочные уклоны на отливках по ГОСТ 3212 - 80

Помимо этих обозначений указывается процент усадки сплава, из которого изготовляют отливку, наносятся литниковая система, прибыли, выпоры, которые на рассматриваемом эскизе для простоты не указаны. У вертикального стержня стержневые знаки конусные.

6. По эскизам отливок выполняются эскизы моделей (рисунок 3). Модели имеют стержневые знаки (они закрашены чёрным цветом), формовочные уклоны для вертикального стержня и радиусы закруглений r в местах перехода стенок. Размеры моделей выполняют с учётом размеров детали, припусков на механическую обработку, формовочных уклонов и усадки сплава, которую выбирают по таблице 4.

7. Для изготовления стержней служат стержневые ящики - разъёмные, либо неразъёмные. На рисунке 4 приведены эскизы стержневых ящиков для вертикального (а) и горизонтального (б) стержня.

Рисунок 3- Эскизы моделей

Таблица 4 - Линейная усадка литейных сплавов

Рисунок 4- Эскизы стержневых ящиков: а - для вертикального стержня; б - для горизонтального стержня

8. Эскизы собранных литейных форм для чугунной (а) и стальной (б) отливок даны на рисунке 5. В форме для чугунного литья имеются шлакоуловитель и выпоры, а в форме для стального литья шлакоуловитель отсутствует, а для компенсации большой усадки стали и предупреждения усадочных раковин предусмотрены прибыли.

9. На рисунке 6 приведены эскизы готовых чугунной (а) и стальной (б) отливок с литниковой системой



Рисунок5- Эскизы собранных литейных форм: 1 - полость формы; 2 - стержень; 3 - нижняя опока; 4 - верхняя опока; 5 - выпор; 6 - чаша; 7 - стояк; 8 - шлакоуловитель; 9 - питатели; 10 - формовочная смесь

Рисунок 6- Эскизы готовых отливок с литниковой системой: а - отливка из чугуна; б - отливка из стали

Последовательность изготовления формы методом ручной формовки.

Ручную формовку в опоках по разъёмной модели для изготовления отливки в разовой песчано-глинистой форме осуществляют в следующей последовательности:

1. Изготовление нижней полуформы. Нижнюю половину модели, не имеющую центрирующих шипов, ставят плоскостью разъёма на подмодельную доску и устанавливают опоку. Поверхность модели и доски посыпают разделительным составом для уменьшения прилипания смеси к оснастке (сухой кварцевый песок, порошок талька или графита). На модель наносят слой облицовочной смеси толщиной 20 - 30 мм, уплотняют её руками вокруг всей модели. Затем заполняют остальной объём опоки наполнительной смесью и уплотняют её трамбовкой, сначала у стенок опоки, а затем в средней части. Излишек смеси срезают линейкой. В формовочной смеси на расстоянии 40 - 50 мм друг от друга и на 10 - 15 мм от модели душником накалывают отверстия для выхода газов. Заформованную опоку покрывают второй подмодельной доской и переворачивают на 180^о.

2. Изготовление верхней полуформы. На нижнюю половину модели по центрирующим шипам устанавливают верхнюю половину модели, модели шлакоуловителя, стояка и выпоров. Поверхность разъёма формы посыпают тонким слоем сухого кварцевого песка, для того чтобы формовочная смесь в верхней опоке не прилипала к смеси в нижней опоке. Верхнюю опоку устанавливают по центрирующим штырям на нижнюю. Наполняют её формовочными смесями так же, как и нижнюю. После уплотнения смеси вокруг стояка гладилкой прорезают литниковую чашу.

3. Извлечение моделей. Модели стояка и выпоров раскачивают и удаляют из верхней полуформы. Верхнюю опоку снимают и поворачивают на 180^о разъёмом вверх. В плоскости разъёма нижней полуформы гладилкой прорезают питатели. Из полуформ после лёгкого раскачивания удаляют половины моделей и модель шлакоуловителя. Устраняют возможные дефекты формы, возникшие при извлечении моделей, обдувают обе полуформы сухим сжатым воздухом для удаления возможного засора. Поверхность полуформ припыливают молотым древесным углём или графитом.

4. Сборка литейной формы. В нижнюю полуформу, если требуется, устанавливают стержень и накрывают её верхней полуформой. Полуформы фиксируют штырями или скобами и на верхнюю полуформу устанавливают груз, для предотвращения ухода жидкого металла через разъём формы во время заливки. Производится заливка металла в форму до тех пор пока он, поднимаясь снизу, не заполнит до верха выпоры.

3. Опишите особенности конструирования деталей, изготовленных литьем в кокиль и под давлением

Изготовление отливок литьем в кокиль.

Отливки получают путем заливки расплавленного металла в металлические формы - кокиль.

Виды кокилей:

1) вытряхные (неразъемные) - отливки простой конфигурации;

2) с вертикальным разъемом - отливки несложной конфигурации с небольшими выступами

и впадинами на наружной поверхности;

3) с горизонтальным разъемом - изготовление крупных, простых по конфигурации отливок.

Полости в отливках оформляют песчаными, оболочковыми или металлическими стержнями (для чугунных и стальных отливок - песчаные и оболочковые стержни, для цветных сплавов - металлические). Для удаления воздуха и газов из формы по полости разъема кокиля выполняют вентиляционный канал. Заданный тепловой режим обеспечивает система подогрева и охлаждения. Перед работой рабочую поверхность кокиля и металлические стержни очищают от остатков теплозащитного покрытия, затем на рабочую поверхность наносят теплозащитное покрытие, которое предохраняет стенки от воздействия высоких температур, улучшает заполняемость кокиля, обеспечивает извлечение отливки. Теплозащитное покрытие выполняют из огнеупорных материалов. Его наносят, как правило, пульверизатором на предварительно нагретый (40-180 градусов) кокиль; толщина слоя 0,3-0,8 мм. Заключительной операцией подготовки кокиля является его нагрев до температуры 180-480 градусов в зависимости от сплава и толщины стенок. Сборка кокиля сводится к установке металлических или песчаных стержней в определенной последовательности, соединении половин кокиля и их скреплении.

После заливки металла, отливки охлаждают до температуры 0,6-0,8 от температуры солидуса сплава. Разновидностью кокильного литья является литье в облицовочный кокиль. Кокиль облицовывают формовочной смесью с термореактивной связующей толщиной 3-4 мм , литье в кокиль применяют в массовом и серийном производстве для изготовления отливок с толщиной стенок 3-10 мм, и весом отливки от нескольких десятков грамм до до нескольких сотен килограмм.

Преимущества способа:

1) сокращается расход формовочной смеси;

2) затвердевание происходит в условиях интенсивного отвода тепла;

3) высокая геометрическая точность и малая шероховатость поверхности отливки;

4) снижение припусков на механическую обработку;

5) способ поддается полной автоматизации.

Недостатки:

1) сложность получения тонкостенных отливок;

2) трудность изготовления отливок со сложной конфигурацией для славов, имеющих значительную усадку;

3) при отливке стальных отливок стойкость кокилей резко сокращается по сравнению с отливками из цветных металлов.

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 литье под давлением жидкий металл заполняет полость металлической формы (прессформы) под принудительным большим давлением, 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.

4. Начертите эскизы пяти профилей сортового проката. Укажите исходный материал. Перечислите прокатные операции технологического получения сортового проката

Рисунок 7- Сортовой прокат

Прокат можно разбить на следующие основные четыре группы: сортовой, листовой, трубы, специальные виды проката (бандажи, колеса, периодические профили и пр.). Наиболее разнообразной является группа сортового проката, который подразделяется на простые и фасонные профили.

Прокат в виде круга, квадрата, полос плоского сечения относится к простым профилям. Прокат сложного поперечного сечения относится к фасонным профилям. В зависимости от назначения фасонные профили подразделяются на профили общего или массового потребления (угловой профиль, швеллеры, двутавровые балки, шестигранные профили и др.) и профили специального назначения (рельсы железнодорожные широкой и узкой колеи, рельсы трамвайные, профили сельскохозяйственного машиностроения, электропромышленности, нефтяной промышленности и др.).

Весь сортовой прокат подразделяется на четыре группы: сталь крупносортная, сред несортная, мелкосортная и катанка диаметром от 5,5 до 9мм.

Процесс прокатки

Прокатка металла осуществляется при прохождении его между валками, вращающимися в разных направлениях. При прокатке металл обжимается, в результате чего толщина полосы уменьшается, а её длина и ширина увеличиваются.



Рисунок 8- Основные способы прокатки

Основные технологические операции прокатного производства следующие: подготовка исходного материала, нагрев, прокатка и отделка.

При подготовке исходного металла к прокатке с него удаляют различные поверхностные дефекты, что увеличивает выход готового проката.

При прокатке контролируют начальную и конечную температуры, заданный режим обжатия.

Готовый прокат подвергают конечному технологическому контролю.

5. По эскизу готовой детали разработайте схему технологического процесса изготовления поковки способом ковки на паровоздушном ковочном молоте

При выполнении работы следует: 1) описать сущность процесса ковки и указать область ее применения; 2) начертить схему молота и описать его работу; 3) дать схему печи; 4) по чертежу поковки определить ее массу; 5) дать эскизы переходов ковки и применяемого инструмента; 6) перечислить все технологические отходы, определить объем и длину исходной заготовки, указать способ ее получения (диаметр исходной заготовки указан на чертеже задания); 7) описать механизацию процесса ковки.

Рисунок 9- Эскиз детали

Разработка технологического процесса ковки состоит из следующих этапов:

- проектирование поковки;

- расчет размеров и массы исходной заготовки;

- назначение кузнечных переходов;

- выбор оборудования;

- определение режимов нагрева и охлаждения;

- назначение термообработки для готовой поковки.

П р о е к т и р о в а н и е . п о к о в к и. Чертеж поковки разрабатывают по чертежу детали. При разработке чертежа поковки надо учитывать некоторые особенности процесса, например, избегать наклонных поверхностей. Размеры поковки по сравнению с размерами готовой детали увеличивают на величину припуска. Для упрощения формы поковки по отдельным поверхностям, получение которых ковкой затруднено или невозможно, предусматривают местное увеличение размера, называемое напуском.

На все размеры поковки называют допуски. Припуски и допуски на поковки из углеродистой и легированной сталей, изготавливаемые ковкой на молотах, регламентированы ГОСТ 7829-70, а на прессах - ГОСТ 7062-79.

В таблице 5 приведена выдержка из ГОСТ 7829-70 по припускам и допускам для поковок простой формы цилиндрического, квадратного и прямоугольного сечений.

Для поковок круглого и квадратного сечений с уступами предусмотрены дополнительные припуски (на несоосность ) величиной 3...10 мм при разности размеров диаметров (или сечений прямоугольника) до 40 мм и свыше 180 мм.

Припуски на общую длину таких поковок берут в 2,5 раза больше, чем указано в таблице 5.

Таблица 5- Припуски и допуски поковок

Длина детали, мм	Припуски (на две стороны) и допуски деталей при диаметре D или размере сечения В Н, мм
	‹ 50	50...70	70...90	90...120
< 250 250...500 500...800 800...1200	5 ± 2 6 ± 2 7 ± 2 8 ± 2	6 ± 2 7 ± 2 8 ± 2 9 ± 3	7 ± 2 8 ± 2 9 ± 2 10 ± 3	8 ± 3 9 ± 3 10 ± 3 11 ± 3

1. Ковка - процесс обработки давлением нагретого металла между верхним бойком и наковальней (нижним бойком). Ковка применяется для получения поковок в мелкосерийном и ремонтном производствах и является единственным способом получения массивных поковок.

Процесс состоит из чередования в определенной последовательности основных операций (осадка, высадка, вытяжка, гибка, прошивка отверстий, раскатка и др.). Нагретую заготовку укладывают на нижний боек и верхним бойком последовательно деформируют на отдельных участках. При этом металл свободно течет в стороны, не ограниченные рабочими поверхностями инструмента (плоские или фигурные бойки, а также подкладной инструмент). Заготовка, полученная ковкой, называется п о к о в к о й. В дальнейшем она подвергается механической обработке.

Исходными заготовками для ковки крупных поковок являются слитки. Поковки средней и малой масс изготавливают из сортового проката круглого, квадратного или прямоугольного сечений, разрезанного на заготовки требуемой длины.

Ковку подразделяют на ручную и машинную. Ручной ковкой получают мелкие поковки при ремонтных работах. Такая ковка малопроизводительна и требует тяжелого ручного труда. Более распространена машинная ковка на молотах и прессах.

2. Молотами называют машины ударного действия, в которых энергия привода перед ударом преобразуется в кинетическую энергию линейного движения рабочих масс с закрепленным на них инструментом - бойком, а во время удара преобразуется в полезную работу деформирования металла заготовки.

При ударе бойка по заготовке часть энергии расходуется на ее деформацию, а остальная поглощается нижним бойком или его основанием (шаботом). Коэффициент полезного действия молота определяется как отношение полезной работы деформации А_Д ко всей энергии удара А (з = А_Д / А).

Чем больше масса шабота, тем выше коэффициент полезного действия молота. Практически масса шабота бывает в 15 раз больше массы падающих частей, что обеспечивает з = 0,8...0,9.

Для приводов молота используют обычно пар, сжатый воздух или газ, жидкость под давлением.



Рисунок 10- Схема молота.

Паровоздушные молоты приводятся в действие паром или сжатым воздухом, поступающими от котла или компрессора. Поступая под поршень рабочего цилиндра, энергоноситель поднимает подвижные части молота, затем, при поступлении в верхнюю часть цилиндра разгоняет поршень и связанные с ним части до скоростей 6...7 м/с, нанося удар. Ковочные паровоздушные молоты строят с массой падающих частей 1000...8000 кг, что позволяет изготавливать поковки средней массы (20...350 кг) преимущественно из прокатанных заготовок.

Пневматические молоты приводятся в действие сжатым воздухом и применяются для ковки мелких поковок (до 20 кг). Их изготавливают с массой падающих частей 50...1000 кг.

Применяются также электромеханические рычажные молоты, в которых энергия вращения электродвигателя преобразуется через систему рычагов в энергию движения бойка. Электромеханические молоты обычно применяются для изготовления мелких и средних поковок массой до 10 кг.

Для изготовления крупных поковок из слитков применяют гидравлические прессы. В отличие от молотов деформация металла в них осуществляется статистическим давлением, т.е. постепенно в течение нескольких десятков секунд. Усилие в них создается с помощью жидкости (эмульсии или минерального масла). Ковочные гидравлические прессы изготавливают усилием 5...1000 кН.

Рисунок 11- Схема печи

4. Р а с ч е т р а з м е р о в и м а с с ы и с х о д н о й з а г о т о в к и.

Kp - расчетный коэффициент, принимаем 1.5 т.к. деталь с прямолинейной осью.

кг.

B=20 -ширина облоя, мм(B=20 т.к. масса поковки >2 кг.)

P= h3=0.02*

h2=

b-ширина мостика.

5. При разработке технологии ковки необходимо стремиться к наименьшему числу переходов, к минимуму отходов металла и получению детали с высокими механическими свойствами.

Выбор оборудования для ковки проводится по требуемой массе падающих частей молотов или усилию пресса в зависимости от размеров заготовки и операции ковки (таблица 6).

Пользуясь каталогами и справочниками, по требуемой массе падающих частей молота можно определить оптимальную марку молота. Однако в практике ремонтных цехов предприятий лесного комплекса, где обычно установлено 1 - 2 молота, расчет сводится к определению возможности ковки заданной заготовки на имеющемся оборудовании.

Таблица 6- Необходимая масса падающих частей молота в зависимости от размеров поковки.

Масса падающих частей молота, кг	Максимальное сечение исходной заготовки - сторона прямоугольника или диаметр, мм
	Осадка	Вытяжка
100 200 300 400 500 750 1000 2000 3000 5000	50 70 85 100 115 135 160 225 270 350	90 120 160 180 200 230 280 330 400

6. Массу отходов на обсечки и угар металла при нагреве берут в процентах от массы поковки в зависимости от ее сложности.

Тип поковки ....................................масса отходов в % от массы поковки

Глухие фланцы................................................................1,5

Зубчатые колеса..............................................................8...10

Втулки, обечайки............................................................3...5

Гладкие валы, бруски.....................................................5...7

Валы и вилки с уступами,болты....................................7...10

Гаечные ключи, шатуны.................................................15...18

Рычаги сложные, кривошипы........................................18...25

Оптимальную площадь поперечного сечения заготовки определяют, исходя из площади поперечного сечения детали, характера обработки и степени укова. Если основной операцией при ковке является вытяжка, то площадь поперечного сечения заготовки определяют по формуле:

F₃ = F_nK,

где F_n- площадь поперечного сечения поковки, см²;

К - степень укова, равная для проката 1,3...1,5, для слитка - 1,5...2,0.

Для операции осадки высота исходной заготовки должна быть менее трех ее диаметров.

Длину исходной заготовки L₃ , см, можно определить по формуле:

где V ₀ - объем отходов, см³;

V₃ - объем заготовки, см³.

Для облегчения расчетов объем сложных деталей (например, состоящих из нескольких цилиндрических частей с различными диаметрами) разбивают на объемы элементарных фигур, которые затем складывают.

7. Основные операции ковки

Процесс получения состоит из чередования в определенной последовательности основных и вспомогательных операций. К основным операциям ковки относятся осадка, протяжка, прошивка, отрубка, гибка и скручивание. чугун доменный литье кокиль

О с а д к а - операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения.

Осадку обычно применяют для получения поковок с большими поперечными размерами при относительно малой высоте (зубчатые колеса, маховики, диски) и как предварительную операцию перед прошивкой для изготовления пустотелых поковок (кольца, втулки, барабаны).

Деформация при осадке может быть выражена величиной уковки.

У = F ₁ / F ₂ ,

где F ₁ - большая площадь поперечного сечения поковки;

F ₂ - меньшая площадь поперечного сечения исходной заготовки.

Чем больше уковка, тем лучше прокован металл, тем выше его механические свойства. Осадкой не рекомендуется деформировать заготовки, у которых отношение высоты h _заг к диаметру d _заг больше 2,5, так как в этом случае может произойти продольное искривление заготовки.

Разновидностью осадки является в ы с а д к а, при которой металл осаживается только на части длины заготовки. Высадку производят, применяя подкладные кольца либо используя местный нагрев заготовки.

П р о т я ж к а - операция увеличения длины заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения. Протяжку производят последовательными ударами или нажатиями на отдельные участки заготовки, примыкающие один к другому, с продвижением заготовки вдоль оси, иногда при необходимости с поворотом заготовки на 90⁰. Протягивать заготовку можно плоскими и вырезными бойками. Вырезные бойки обычно применяют при изготовлении поковок круглого сечения (валы, рычаги, тяги).

П р о т я ж к а . с . о п р а в к о й - операция увеличения длины пустотелой заготовки за счет уменьшения ее стенок.

Р а з г о н к а - операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины.

Р а с к а т к а . н а . о п р а в к е - операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок.

П р о ш и в к а - операция получения полостей в заготовке за счет вытеснения металла. Прошивкой можно получить сквозное отверстие или углубление (глухая прошивка). Инструментом для прошивки являются прошивни сплошные или пустотелые. Пустотелые прошивни применяют обычно для прошивки отверстий большого диаметра (400...600 мм). При сквозной прошивке сравнительно тонких поковок применяют подкладные кольца.

О т р у б к а- операция отделения части заготовки путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента - топора. Отрубка применяется для получения из заготовки большой длины нескольких коротких или для удаления излишков металла на концах поковок.

Г и б к а - операция придания заготовке изогнутой формы по заданному контуру. Этой операцией получают угольники, скобы, крючки, кронштейны и т.п. В процессе гибки возможно образование складок по внутреннему контуру и трещин по наружному. Во избежание этого явления подбирают соответствующий радиус закругления.

С к р у ч и в а н и е - операция, посредством которой часть заготовки поворачивается вокруг продольной оси на требуемый угол. Операция применяется при изготовлении коленчатых валов, спиральных сверл и т.п.

К о в к а . в . п о д к л а д н ы х . ш т а м п а х применяется для изготовления заготовок с относительно сложной конфигурацией. Подкладной штамп может состоять из одной или двух частей, в которых имеется полость с конфигурацией поковки или ее отдельного участка. В подкладных штампах можно изготавливать головки гаечных ключей, болтов, дисков со ступицами и другие поковки.

6. Начертите схему и опишите сущность процесса автоматической сварки под слоем флюса. Укажите назначение флюса и флюсовой подушки. Разработайте процесс сварки плиты из стз. Производство - крупносерийное. Укажите тип соединения и форму разделки кромок под сварку. Дайте эскиз сечения шва с указанием его размеров. Выберите марку и диаметр электродной проволоки и флюса. Подберите режим сварки. Укажите методы контроля качества сварного шва

Изобразить схему и описать сущность процесса автоматической сварки под слоем флюса. Указать назначение флюса и флюсовой подушки.



Рисунок 12 - Схема процесса автоматической сварки под флюсом

Электрическая дуга 1 образуется между электродом (проволокой) 6 и металлом 2. Горение дуги и расплавление электрода и свариваемого металла происходят под слоем флюса 3, в пузыре расплавленного шлака, который сверху покрыт слоем нерасплавившегося флюса. Подача проволоки из бухты 4 производится непрерывно специальной сварочной головкой 5. Ток к изделию и электроду подводится от сварочного трансформатора.

По мере расплавления проволока автоматически подаётся в дугу, одновременно перемещаясь вдоль свариваемых кромок и расплавляя новые участки свариваемого металла и флюс. Давлением паров и газов жидкий металл вытесняется в сторону, противоположную движению электрода. На рисунке 13, б показаны поперечные сечения получаемого шва. Затвердевание металла шва (показано чёрным) начинается с сечения II. В сечении III находится уже затвердевший металл шва, покрытый корочкой сплавленного флюса. Для нормального формирования шва необходимо над жидким металлом иметь слой флюса толщиной от 25 до 40 мм. Конец электрода должен выступать из токоподводящего мундштука сварочной головки на 20 - 60 мм. Сварку под флюсом можно вести как на переменном, так и на постоянном токе. Чаще используют переменный ток, потому что источники питания дуги переменным током проще, дешевле и надёжнее в эксплуатации, а расход энергии ниже, чем при сварке на постоянном токе.



Рисунок 13 - Схема горения дуги и образования металла шва при сварке под флюсом: а - продольный разрез шва; б - поперечные разрезы; 1 - электрод; 2 - пузырь из жидкого флюса; 3 - флюс, оставшийся нерасплавленным; 4 - спёкшийся флюс; 5 - затвердевший металл шва; 6 - свариваемый металл; 7 - жидкий расплавленный металл; 8 - электрическая дуга

При сварке током 600 - 1500 А дуга горит устойчиво при скорости сварки до 60 - 80 м/ч. При дальнейшем повышении скорости устойчивость горения дуги уменьшается и для восстановления её требуется повышать напряжение дуги.

Жидкий металл переносится дугой в виде капелек различного размера, от десятых долей до 3 - 4 мм. Расплавленный флюс полностью защищает жидкий металл от насыщения азотом окружающего воздуха. Содержание азота в наплавленном металле при сварке под флюсом составляет всего 0,002 %.

При сварке под флюсом ванна расплавленного металла вследствие уменьшения потерь тепла в окружающую среду остаётся длительное время в жидком состоянии, и металл застывает медленнее, чем при ручной сварке. Это способствует лучшей очистке жидкого металла от растворённых газов, частиц шлака и прочих загрязнений, и металл шва получается плотным, без пор и шлаковых включений. В результате благоприятных условий, сопутствующих процессу, металл шва, сваренного под слоем флюса, обладает высокой пластичностью и обеспечивает угол сгиба 180є.

Флюсовая подушка предназначена для удержания шлака и сварочной ванны и формирования обратного валика при сварке односторонних швов.

Разработать процесс сварки плиты из Ст3. Производство крупносерийное. Указать тип соединения и форму разделки кромок под сварку. Дать эскиз сечения шва с указанием его размеров. Выбрать марку и диаметр электродной проволоки и флюса. Подобрать режим сварки. По размерам шва подсчитать массу наплавленного металла. Определить расход электродной проволоки и флюса с учётом потерь, расход электроэнергии и время сварки изделия. Указать методы контроля качества сварного шва.

Рисунок 14 - Плита

В соответствии с рисунком 3, а свариваемое изделие состоит из двух листов длиной 3000 мм, шириной 1000 мм и толщиной 20 мм каждый. Листы соединены между собой при помощи одностороннего стыкового шва, выполняемого автоматической сваркой под флюсом.

Сечение шва с указанием его размеров приведено на рисунке 3, б. Основными параметрами заданного шва являются глубина проплавления основного металла h_пр = 20 мм, высота усиления сварного шва h_ус = 2,5 мм, ширина проплавления b = 24 мм.

В соответствии с заданием сварку одностороннего стыкового шва производим с разделкой кромок согласно рисунку 3, а. Для получения полного провара и предохранения от протекания жидкого металла через разделку сварку целесообразно было бы выполнить на флюсовой подушке. В этом случае флюс к изделию поджимают гибким шлангом, соединённым с магистралью сжатого воздуха, винтовыми, рычажными, эксцентриковыми и иными прижимами. Широко применяют магнитные стенды с флюсовой постелью, флюс поджимается магнитами. Однако указанное в задании обозначение способа сварки (АФ) предполагает применение автоматической сварки на весу.

Предварительно найдём эквивалент C_э углерода для приближённой оценки свариваемости стали по эмпирической формуле из:

где символ каждого химического элемента означает его максимальное содержание в процентах для данной марки стали; д - толщина свариваемых встык деталей, мм. В нашем случае, согласно, C = 0,22; Mn = 0,65; Cr = 0,30; Ni = 0,30; Mo = 0; Cu = 0,30; P = 0,040; д = 20 мм. Тогда

Сварку можно вести без предварительного подогрева деталей.

Для сварки стали Ст3 применяют марганцевый высококремнистый флюс в сочетании с низкоуглеродистой или марганцевой электродной проволокой. Используют флюсы марок ОСЦ-45, АН-348А в сочетании с проволокой Св-08, Св-08А, а также Св-08Г и Св-08ГА.

Ориентировочные параметры режима сварки при толщине свариваемых листов 20 мм следующие: сварочный ток I_св = 950 … 1000 А, напряжение дуги U_д = 40 … 44 В (переменный ток) или U_д = 36 … 40 В (постоянный ток обратной полярности), скорость сварки v_св = 15 м/ч. Ширина зазора в стыке должна составлять 5 … 6 мм.

Для выбора диаметра электродной проволоки воспользуемся формулой

откуда получаем d_э = 6 мм.

Примерные параметры режима однопроходной сварки следующие: d_э = 8 мм, I_св = 1100 А, U_д = 35 В, v_св = 22 м/ч при сварке на флюсовой подушке.

Рисунок 15 - Эскиз сечения сварного шва.

Площадь сечения сварного шва F ? 336 мм², площадь разделки F_р ? 200 мм², площадь усиления (верхнего и нижнего) F_ус ? 55 мм².

Определим площадь сечения сварного шва, заполняемую наплавленным металлом:

F_напл = F_р + F_ус = 200 + 55 = 255 (мм²);

определим объём, заполняемый наплавленным металлом, при длине шва L = 3000 мм:

V_напл = F_напл • L = 255 • 3000 = 765000 (мм³) = 765 см³;

определим массу наплавленного металла, принимая его плотность г = 7,8 г/см³:

Q_напл = V_напл ? г = 765 ? 7,8 ? 6 ? 10³ (г) = 6 кг;

определим расход электродной проволоки, принимая коэффициент расхода с учётом потерь K_эл = 1,3 (для электродов с тонкой обмазкой):

Q_эл = Q_напл • K_эл = 6 • 1,3 = 7,8 (кг);

расход флюса принимаем равным массе наплавленного металла:

Q_ф = Q_напл = 6 кг.

Полагая, что сварка ведётся на переменном токе, то принимаем расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла равным 4 кВт • ч.

Принимаем коэффициент наплавки a_н = 15 г/(А • ч). Определим время сварки:

(ч) = 24 (мин).

Полагая, что сварка ведётся на переменном токе, то принимаем удельный расход электроэнергии равным 4 кВт • ч/кг. Тогда расход электроэнергии на сварку изделия составит:

4 • 6 = 24 (кВт • ч).

Контроль качества сварного шва можно осуществить посредством его внешнего осмотра и обмера, ультразвуковым методом контроля.

7. Приведите схемы обработки поверхностей 1, 2, 3 детали. Для каждой схемы укажите названия станка, инструмента и зажимных приспособлений. Приведите эскизы инструмента для обработки поверхности 3 и приспособления для закрепления заготовки при обработке поверхности 1

Рисунок 16- Серьга

Обработка поверхности детали 1 производится на вертикально - сверлильных станках зенкованием. Зенкованием получают в имеющихся отверстиях цилиндрические или конические углубления под головки винтов, болтов, заклепок и других деталей. На рисунок 3 показано зенкование цилиндрического углубления цилиндрическим зенкером (зенковкой) и конического углубления коническим зенкером.



Рисунок 17- Вертикально - сверлильный станок.

На рисунке 17 дан общий вид вертикально - сверлильного станка. На фундаментной плите 1 смонтирована колонна 2. в верхней части колонны расположена коробка скоростей 6, через которую шпинделю с режущим инструментом сообщают главное вращательное движение. Движение подачи инструмент получает через коробку подач 5, расположенную в кронштейне 4. заготовку устанавливают на столе 3. стол и кронштейн имеют установочные перемещения по вертикальным направляющим колонны 2. совмещения оси вращения инструмента с заданной осью отверстия достигается перемещением заготовки.

Рисунок 18- Схема обработки заготовок

На вертикально - сверлильных станках зенкованием.

Обработка поверхности детали 2 производится на протяжных станах.



Рисунок 19- Вертикально-протяжной станок

Вертикально протяжный станок для наружного протягивания состоит из основания 1, станины 5, насосной станции 4, каретки 3, стола 2. заготовку устанавливают в приспособлении на столе станка. Протяжку закрепляют в каретке и от гидропривода сообщают ей вертикальное поступательное перемещение - главное движение. Протяжка опускаясь обрабатывает заготовку.

Рисунок 20- Схемы обработки заготовок

Обработка поверхности детали 3 производится на шлифовальных станках.

Рисунок 21- Схемы шлифования

Шлифованием называют процесс обработки заготовок резанием с помощью абразивных кругов. Шлифование применяют для чистовой и отделочной обработки деталей с высокой точностью.

Для всех технологических способов шлифовальной обработки, главным движением резания является вращение круга.

8. Приведите схемы, опишите физическую сущность, назначения и область применения хонингования

Хонингование применяется в основном как окончательная операция обработки высокоточных отверстий в деталях и является более эффективной технологической операцией, чем притирка и полирование абразивными пастами и суспензиями. Как правило, хонингование производят после операций шлифования, растачивания, зенкерования, развертывания, протягивания; в некоторых случаях черновое хонингование заменяет операции шлифования.

Диапазон размеров хонингуемых отверстий очень широк: диаметр от 5 до 500--800 мм, длина до 20 м. Хонингованием обрабатывают сквозные и глухие цилиндрические отверстия с гладкой или прерывистой поверхностью (шпоночные пазы, кольцевые канавки), шлицевые отверстия, а также конические и некруглые отверстия в целях создания требуемого микрорельефа, для чего в хонинговальных головках имеются эластичные элементы системы прижима брусков. Хонингование часто используют для одновременной обработки нескольких соосных отверстий. Хонингование получило широкое распространение в различных отраслях машиностроения при обработке гильз и блоков цилиндров двигателей, шатунов, зубчатых колес, цилиндров гидросистем и амортизаторов, деталей топливной аппаратуры, типа труб больших длин и диаметров и др. Существуют и получили практическое применение такие разновидности хонингования, как сухое (без применения смазочно-охлаждающей жидкости) хонингование статоров электродвигателей; электрохимическое хонингование отверстий большой длины; вибрационное хонингование, при котором хонинговальной головке или обрабатываемой детали сообщают дополнительно колебания частотой до 10-- 15 Гц и амплитудой 5--10 мм. В качестве примера обработки хонингованием наружных поверхностей можно привести процесс алмазного хонингования пакетов поршневых колец.

Рисунок 22

Список использованных источников

1 Технологии конструкционных материалов. А.М.Дальский. Москва "Машиностроение", 1985г..

2 Полухин П. И., и др. Технология металлов и сварка. М.: Высшая школа.

3 Аверкиев Ю. А., Аверкиев А. Ю., и др. Ковка и штамповка. Справочник.

4 Материаловедение и технология конструкционных материалов. Л.Н. Тялина, Н.В. Федорова, А.П. Королев. 2007г..

Размещено на Allbest.ru