Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. (121 ) Опишите состав, назначение, приготовление формовочных и стержневых смесей. Охарактеризуйте элементы литниковой системы, их назначение, разновидности, применение.

2. (151) Опишите явление, происходящие в металле при его нагреве. Какие дефекты возникают или могут возникать в стальной заготовке при ее нагреве перед горячей обработкой давлением? Меры, предупреждающие их возникновение, их устранение.

3. (203) Типы электродов для дуговой сварки конструкционных углеродистых и низколегированных сталей. Условное обозначение электродов.

4. (244) Опишите кратко материалы для изготовления металлорежущих инструментов: углеродистые, легированные, быстрорежущие стали, металлокерамические твердые сплавы, минеральная керамика, алмаз (основные марки, химический состав, область применения).

5. (283) Определите силу Рz при наружном продольном точении стали (“сигма”B=750 МПа), при глубине резания t=3 мм и подаче S=18 мм/об; обработка ведется со скоростью 200 мм/мин. Найдите эффективную мощность для выполнения указанного точения.

6 Напишите и поясните формулу для определения скорости резания при точении. Для чего необходимо рассчитывать скорость резания?

Список литературы

1. (121 ) Опишите состав, назначение, приготовление формовочных и стержневых смесей. Охарактеризуйте элементы литниковой системы, их назначение, разновидности, применение

Разовые литейные формы и стержни изготовляют из материалов, которые называют формовочными. Различают исходные формовочные материалы, формовочные и стержневые смеси, а также вспомогательные формовочные составы.

Исходные формовочные материалы разделяют на основные и вспомогательные.

К основным относят пески, являющиеся огнеупорной основой смесей, и связующие (глины, смолы и т. д.), соединяющие частицы песка между собой. Вспомогательные исходные материалы (различные добавки) предназначены для придания смесям специальных свойств, например повышенной газопроницаемости.

Для получения формовочных и стержневых смесей смешивают различные исходные формовочные материалы, при этом состав смеси и количество входящих в нее компонентов зависят от назначения смеси. Кроме свежих исходных формовочных материалов в состав смеси обычно входит бывшая в употреблении смесь, подвергнутая специальной обработке (например, охлаждению, дроблению, магнитной сепарации, просеиванию, увлажнению).

Вспомогательные формовочные составы (краски, клеи, пасты) предназначены для улучшения качества поверхности форм и стержней, придания ей определенных свойств, для соединения частей стержней.

Качество форм и стержней определяется свойствами формовочных и стержневых смесей, которые должны отвечать определенным требованиям.

Текучесть -- это способность смесей перемещаться под действием внешних усилий и заполнять опоки и стержневые ящики.

Пластичность -- это свойство смеси деформироваться под действием внешних усилий и сохранять полученную форму после удаления модели или стержневого ящика. Пластичность зависит от состава смеси, например в песчано-глинистых смесях от содержания в них глины и воды.

Прочность -- способность смеси в уплотненном состоянии выдерживать не разрушаясь внешние воздействия. Она должна быть достаточной для того, чтобы формы и стержни не разрушались при их изготовлении, транспортировании, сборке и заливке расплавом.

Податливость -- способность смеси в уплотненном состоянии деформироваться под действием сжимающих усилий, возникающих в процессе усадки при затвердевании и охлаждении отливок. При недостаточной податливости смеси в отливке могут образоваться трещины.

Газопроницаемость -- свойство смеси пропускать газы, выделяющиеся при заливке и охлаждении из расплава, из стержня и самой формы, а также воздух, находящийся в ее полости. При недостаточной газопроницаемости в отливках образуются газовые раковины и поры.

Огнеупорность -- способность смеси не размягчаться и не расплавляться под действием теплоты заливаемого в форму расплава.

Термохимическая стойкость -- свойство смеси не вступать в физическое и химическое взаимодействие с жидким металлом, его оксидами и газами, выделяющимися в процессе заливки форм. Низкая термохимическая стойкость приводит к образованию трудно отделимого пригара, ухудшающего качество поверхности отливок и затрудняющего их очистку.

Кроме того, смеси должны обладать достаточной живучестью, т. е. сохранять свои свойства после приготовления в течение заданного промежутка времени, малой газотворностью, т. е. не выделять большого количества газов в процессе заливки, выбиваемостью -- легко удаляться из отливок после их охлаждения, негигроскопичностью. Третьякова Н. В. Технология конструкционных материалов. М., 2012. - 107 с. : ил.; 21 см.

Литниковая система -- это совокупность каналов и элементов литейной формы, предназначенных для подвода расплавленного металла в полость формы, обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании. Основными элементами литниковой системы являются литниковая чаша (в кокилях воронка), стояк, шлакоуловитель (в кокилях литниковый ход), питатель, выпор или прибыль (рис.1.1).

Рис. 1.1 Элементы литниковой системы:

1 -- питатель, 2 -- стояк, 3 -- литниковый ход, 4 -- литниковая воронка, 5 --выпор, 6 -- прибыль

Литниковая чаша является резервуаром, в который из ковша заливают металл. Она воспринимает удар струи расплава, дает возможность всплыть неметаллическим включениям и предохраняет от попадания в форму воздуха. Литниковую воронку наиболее часто применяют для кокильного литья, она выполняет те же функции, что и чаша, но в отличие от последней не задерживает шлак. Воронку размещают в песчаном стержне или вверху в половинках кокиля с вертикальным или комбинированным разъемом, а также в стенках кокиля преимущественно при литье цветных сплавов.

Стояк соединяет литниковую чашу со шлакоуловителем и служит для подачи расплава в другие элементы литниковой системы. Для предохранения формы от размывания жидким расплавом стояк заканчивается полукруглым углублением, которое называется зумпфом. Стояк выполняют в стержне или кокиле вертикально или наклонно, иногда в кокилях в виде изогнутого канала, особенно при литье цветных сплавов для снижения скорости течения расплава.

Шлакоуловитель предохраняет от попадания в полость формы неметаллических включений расплава (шлак, песчаные частицы и др.). В литниковых системах для литья в кокили вместо шлакоуловителя применяют в основном литниковый ход.

Питатели - это каналы, предназначенные для подвода расплава в полость литейной формы. Питатель выполняют в виде короткого канала, который в поперечном сечении имеет трапецеидальную и реже круглую, овальную или щелевидную форму.

Выпоры служат для вывода из формы пара и газов, определения момента заполнения формы и дополнительного питания отливки металлом. Выпоры делают на самых высоких точках отливки преимущественно со стороны, противоположной подводу металла.

Прибыли предназначаются для дополнительного питания отливки жидким металлом. Располагаются у наиболее массивных частей отливки для компенсации расплава при его затвердевании Гини О.Ч. Специальные технологии литья: М ., 2010, 368 с..

2. (151) Опишите явление, происходящие в металле при его нагреве. Какие дефекты возникают или могут возникать в стальной заготовке при ее нагреве перед горячей обработкой давлением? Меры, предупреждающие их возникновение, их устранение

Целью нагрева металла перед горячей обработкой давлением является снижение его сопротивления деформированию и повышение пластичности.

При нагреве металла до максимально допустимых температур ковки (1100 - 1250' С для сталей различных марок) сопротивление его деформированию снижается в 15 - 20 раз по сравнению с обычным холодным состоянием. Нагрев является важнейшей операцией при обработке давлением, так как от него зависят качество изделий, производительность оборудования и себестоимость продукции. Основные требования к нагреву металла сводятся к обеспечению равномерного прогрева слитка или заготовки по сечению и длине за минимальное время, при наименьшей потере металла на угар (в окалину) и экономном расходе топлива. Несоблюдение установленного режима нагрева по скорости и температурам может привести к ряду дефектов в металле, часть которых является неисправимым браком (пережог, трещины).

Применяют два основных способа нагрева заготовок: пламенный нагрев в печах и электронагрев. При пламенном нагреве тепло от сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива передается нагреваемому металлу тремя путями: конвекцией - от пламени и горячих газов к поверхности заготовок; излучением (лучеиспусканием)- от пламени и раскаленных стенок печи; теплопроводностью - с поверхности заготовок в глубь металла.

Схема передачи тепла металлу в рабочей камере нагревательной печи, работающей на твердом топливе, с полугазовым процессом сжигания, изображена на рис. 2.1.

Рис.2.1 Схема работы печной установки и передачи тепла металлу

Первичный воздух в количестве 60% от необходимого для полного сжигания топлива подается через колосниковую решетку в нижнюю часть топки. Вследствие неполного сгорания топлива в топочный объем поступает полугаз, содержащий горючие: окись углерода, углеводороды, водород и частицы углерода в виде сажи. Полугаз поднимается вверх, смешивается с вторичным воздухом (остальными 40%) перед входом в рабочую камеру и догорает в ней. В рабочей камере печи горящие газы передают тепло заготовкам, окружающим стенкам и своду, а раскаленные стенки и свод, в свою очередь, также отражают тепловые лучи на лежащие на поду печи заготовки. Теплообмен в печи показан условными обозначениями. При низких температурах (до 600 - 900' С) преобладает теплопередача металлу путем конвекции, а при высоких температурах около 90% всего тепла передается излучением. Нагреву металла до высоких температур сопутствуют тепловое расширение, структурные превращения и рост зерен металла, изменение его механических свойств, окисление и обезуглероживание поверхности заготовок.

Дефектами нагрева являются перегрев и пережог. Нагрев стали при высоких температурах (свыше 1050' С) вызывает быстрое увеличение размеров зерен за счет слияния более мелких зерен в крупные, т. е. перегрев металла. Крупнозернистый металл имеет низкое сопротивление удару и может дать трещины при ковке. Перегрев исправляется термической обработкой.

Пережогом называется явление сквозного окисления металла заготовки при высоких температурах нагрева (близких к линии солидус), сопровождающееся появлением окислов по границам зерен металла и нарушением механической связи между зернами. Пережженая сталь рассыпается на куски под ударами молота. Этот брак неисправим Околович Г.А. Нагрев и нагревательные устройства: Учебное пособие. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - 172 с..

3. (203) Типы электродов для дуговой сварки конструкционных углеродистых и низколегированных сталей. Условное обозначение электродов

стержневой смесь стальной сварка

Электроды для ручной дуговой сварки изготавливают в виде стержней, выполненных из холоднотянутой калиброванной сварочной проволоки, на которую методом опрессовки под давлением наносят слой защитного покрытия. Роль покрытия заключается в металлургической обработке сварочной ванны, защите ее от атмосферного воздействия и обеспечении более устойчивого горения дуги Лупачёв В.Г. Ручная дуговая сварка. .М, «Высшая школа», 2006, 416 с..

В группу электродов для дуговой сварки конструкционных углеродистых и низколегированных сталей входят электроды, предназначенные для сварки углеродистых сталей, содержащих до 0,25% углерода, и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву до 590 МПа.

Основными характеристиками электродов являются механические свойства металла шва и сварного соединения: временное сопротивление разрыву (условное обозначение - sв), относительное удлинение (d5), ударная вязкость (aн), угол изгиба.

В условном обозначении типа электрода две стоящие за буквой "Э" (электрод) цифры соответствуют минимальному временному сопротивлению разрыву металла шва или сварного соединения в кгс/мм2.

По этим показателям электроды, классифицируются в ГОСТ 9467-75 на следующие типы : Э38, Э42, Э46 и Э50 - для сварки сталей с временным сопротивлением до 490 МПа; Э42А, Э46А и Э50А - для сварки тех же сталей, когда к металлу шва предъявляются повышенные требования по относительному удлинению и ударной вязкости; Э55 и Э60 - для сварки сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 490 МПа и до 590 МПа. Этим же стандартом регламентируется содержание серы и фосфора в наплавленном металле. Типы электродов представлены в таблице 3.1. ГОСТ 9467-75 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей. Типы.

Таблица 3.1

4. (244) Опишите кратко материалы для изготовления металлорежущих инструментов: углеродистые, легированные, быстрорежущие стали, металлокерамические твердые сплавы, минеральная керамика, алмаз (основные марки, химический состав, область применения)

Современные режущие инструменты изготовляются из углеродистых и легированных инструментальных сталей, быстрорежущих инструментальных сталей, твердых сплавов, минералокерамики, алмазов, абразивных материалов.

Углеродистые и легированные инструментальные стали обладают высокой твердостью, прочностью и износостойкостью, но эти свойства сохраняются лишь при нагреве до невысоких температур (не свыше 200--300° С). Поэтому такие материалы применяют для резания сравнительно мягких, малопрочных материалов и обрабатывают с невысокой скоростью резания.

Для получения высокой твердости инструментальные стали имеют повышенное содержание углерода: от 0,7 до 1,4%. Они содержат также сравнительно небольшое количество других элементов, которые называют легирующими. Введение в сталь легирующих элементов придает стали специальные свойства. В настоящее время в качестве легирующих элементов используются хром, кобальт, никель, молибден, титан, вольфрам, бор, азот, алюминий, ванадий, цирконий, ниобий и др. В инструментальных сталях количество легирующих элементов сравнительно невелико, обычно до 3-4%. В производстве режущих инструментов из инструментальных легированных сталей наибольшее применение находят две стали: хромокремнистая 9ХС и хромовольфрамомарганцовистая ХВГ.

Если процент легирующих элементов в стали увеличить: вольфрама до 8,5--19%, хрома до 3,8--4,6%, а также ввести молибден и ванадий, то можно повысить теплостойкость до 600° С без существенного снижения стойкости. Такие стали называют быстрорежущими.

По сравнению с инструментами из углеродистой стали инструменты из быстрорежущей стали допускают более высокую скорость резания при одинаковой стойкости. Основной маркой быстрорежущей стали является Р18, которая содержит 17,5-19,0% W, 3,8-4,4% Сг, 0,7-0,8%С и 1,0-1,4%V.

Из этой стали изготовляют большинство режущих инструментов, так как в закаленном состоянии она обладает стабильными высокими режущими свойствами и весьма повышенной износостойкостью. Инструменты из стали Р18 хорошо переносят ударные нагрузки при работе и их легко можно перетачивать по мере затупления и износа.

Многие инструменты делают составными: рабочая часть (принимающая непосредственное участие в резании) выполняется из быстрорежущей стали, а нерабочая (корпус, хвостовая часть и т. д.) - из менее дорогой - конструкционной стали.

Инструменты с низкой твердостью очень быстро изнашиваются и становятся неприспособленными для работы, так как теряют свою форму и размеры. С повышением твердости шлифуемость стали при изготовлении и при переточках ухудшается. Однако чрезмерное повышение твердости может вызывать преждевременное выкрашивание режущих кромок и быть причиной поломки инструмента.

В настоящее время для производства режущих инструментов очень широко используются твердые сплавы. Эти инструментальные материалы содержат чрезвычайно твердые и тугоплавкие металлоподобные вещества, называемые карбидами, нитридами, боридами и силицидами. Они представляют собой соединения углерода, азота, бора, кремния с металлами -- вольфрамом, титаном, танталом, ниобием, молибденом. Температура плавления карбидов очень высокая в пределах 2000-3800° С, а по твердости они приближаются к самому твердому веществу - алмазу.

Твердые сплавы изготовляются по особому технологическому процессу, называемому порошковой металлургией. Порошки карбидов смешиваются с порошками некоторых металлов, из них формируются и прессуются изделия или пластинки, которые затем подвергаются термической обработке - спеканию при температуре ниже температуры плавления исходных материалов.

Такой процесс позволяет получать инструменты и детали сложной формы, с особой структурой. Обычно это очень мелкозернистые соединения частиц карбидов размером 0,5-10 мкм, соединенных цементирующей средой. Цементирующим металлом в твердых сплавах обычно является кобальт.

Твердые сплавы стремятся заменить более дешевыми минералокерамическими материалами, которые получают из глинозема (окиси алюминия А1203). Инструментальные минералокерамические материалы (например, керамика марки ЦМ-332) имеют достаточную прочность, высокую твердость (HRA 89-95) и повышенную теплостойкость (до 1100-1200° С). Их высокая износостойкость позволяет производить резание с очень высокими скоростями при весьма малом износе инструмента.

Однако минералокерамика обладает низкой ударной вязкостью, малой пластичностью и большой хрупкостью, поэтому применение минералокерамики в настоящее время ограничивается только операциями чистовой и получистовой обработки с равномерным припуском и на станках достаточно высокой жесткости.

Твердость алмаза является наиболее высокой из всех твердых тел, а его износостойкость при обработке некоторых материалов в сотни и тысячи раз превосходит износостойкость обычных абразивных материалов и твердых сплавов. Алмазы могут использоваться в виде однокристального и многокристального инструмента. Для однокристального инструмента применяются природные алмазы, а для многокристального могут использоваться синтетические и природные алмазы.

Алмаз - самый твердый материал, имеет высокую красностойкость и износостойкость, у него практически отсутствует адгезия со многими материалами. Алмазы используют для изготовления алмазных инструментов (круги, пилы, бруски, ленты) и доводочных порошков.

В промышленности используют природные и синтетические алмазы марок AGO, AGP, АСР, АСВ, АСК, АСС, ACM, ACH, АСПК и др.

Резцы затачивают кругами из синтетических алмазов марки АС080 / 63Б1. Доводку производят алмазными кругами марки АСМЗ / 2Б1 100 % или пастами АП28 - АП17.

Алмаз - это кристаллическая форма углерода С. Он не всегда бывает чистым, часто в его составе обнаруживаются примеси, например оксид железа. Однако примесей, чаще всего, не бывает больше 5%. Именно из-за наличия в химическом составе алмаза примесей окиси железа некоторые камни имеют желтоватый оттенок. Стоимость таких «нечистых» алмазов ниже, чем у алмазов чистой воды.

Современные способы получения алмазов используют газовую среду, состоящую из 95% водорода и 5% углеродсодержащего газа (пропана, ацетилена), а также высокочастотную плазму, сконцентрированную на подложке, где образуется сам алмаз (CVD). Температура газа от 700--850°C при давлении в тридцать раз меньше атмосферного. В зависимости от технологии синтеза, скорость роста алмазов от 7 до 180 мкм/час на подложке. При этом алмаз осаждается на подложке из металла или керамики при условиях, которые в общем стабилизируют не алмазную (sp3), а графитную (sp2) форму углерода. Стабилизация алмаза объясняется в первую очередь кинематическими процессами на поверхности подложки. Принципиальным условием для осаждения алмаза является возможности подложки образовывать стабильные карбиды (в том числе и при температурах осаждения алмаза: между 700°C и 900°C). Так, например, осаждение алмаза возможно на подложках из Si, W, Cr и не возможно (напрямую, либо только с промежуточными слоями) на подложках из Fe, Co, Ni.

5. (283) Определите силу Рz при наружном продольном точении стали (“сигма”B=750 МПа), при глубине резания t=3 мм и подаче S=18 мм/об; обработка ведется со скоростью 200 мм/мин. Найдите эффективную мощность для выполнения указанного точения

Силу резания принято раскладывать на составляющие силы, направленные по осям координат станка - тангенциальную Pz, радиальную Py и осевую Px Белецкий Д. Г. , Моисеев В. Г., Шеметов М. Г. Справочник токаря-универсала. - М.: Машиностроение, 1987.

При наружном, продольном и поперечном точении, растачивании, эти составляющие рассчитывают по формуле 5.1:

Pz(Py ,Px)=10CpЧt^xЧS^yЧVⁿЧkp (5.1)

где Cp - коэффициент , учитывающий условия обработки;

x,y,n - показатели степени;

t - глубина резания, мм;

S - подача, мм/об;

V - скорость резания, м/мин;

kp - обобщенный поправочный коэффициент, учитывающий изменение условий по отношению к табличным.

В зависимости от обрабатываемого материала (ув=750 МПа), материала рабочей части резца (принимаем твердый сплав Т15К6) и вида обработки (наружное, продольное), выбираем для тангенциальной составляющей:

Cp=300 ; x=1; y=0,75; n=-0,15 Осипов К.А., Нефедов Н.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту. - М.: Машиностроение, 1990. - 448с..

Поправочный коэффициент kp представляет собой произведение ряда коэффициентов, учитывающих фактические условия резания (формула 5.2):

kv=kmpЧkцpЧkvpЧkлp (5.2),

где kmp - поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости:

n - показатель степени, для твердого сплава равный 0,75;

kцp,kvp,kлp - поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания при обработке стали.

Для режущей части инструмента из твердого сплава:

kцp=1,0; kvp =1,25; kлp = 1,0.

Следовательно получим: kp=1,25.

Имея все данные, рассчитываем силы резания:

Pz =3000*3*(18^0,75)*200^(-0,15)= 35525,68 Н.

Эффективную мощность резания рассчитываем по формуле 5.3:

(5.3).

116,1кВт

6 Напишите и поясните формулу для определения скорости резания при точении. Для чего необходимо рассчитывать скорость резания?

Процесс резания характеризуется определенным режимом. К элементам режима резания относятся глубина резания, подача и скорость резания.

Скорость резания V -- путь, пройденный наиболее отдаленной от оси вращения точкой поверхности резания относительно режущей кромки резца за единицу времени (м мин). Скорость резания зависит от частоты вращения и диаметра обрабатываемой заготовки. Чем больше диаметр D заготовки, тем больше скорость резания при одной и той же частоте вращения, так как за один оборот заготовки (или за одну минуту) путь, пройденный точкой 4 на поверхности резания (рис. 6.1), будет больше пути, пройденного точкой Б (рD>рd) Байкалова В.Н. Расчёт режимов резания при точении, изд. МГАУ им. В.П. Горячкина., 2000. .

Рис. 6.1. Данные для определения скорости резания при точении

Величину скорости резания можно определить по формуле 6.1:

м/мин (6.1)

где р = 3,14;

D -- наибольший диаметр по­верхности резания, мм;

n - частота вращения заготовки (число оборотов в минуту).

Если известна скорость резания, допускаемая режущими свойствами инструмента v и диаметр заготовки D, можно определить требуемую частоту вращения заготовки и настроить на частоту шпинделя (формула 6.2):

n=1000v/рD об/мин (6.2).

Выбор оптимального значения скорости резания производится по справочникам с помощью специальных нормативных таблиц в зависимости от свойств обрабатываемого материала, конструкции и материала инструмента после того, как уже выбрана глубина резания и величина подачи.

Величина скорости резания влияет на износ инструмента. Чем выше скорость резания, тем больше износ. Скорость резания выбирается такой, чтобы оптимальный износ наступал через определенное время и стойкость инструмента находилась в определенных пределах Данилевский В. В. Справочник молодого машиностроителя, изд. З. М., «Высшая школа», 1973, 648 с. с ил..

Список литературы

1. Байкалова В.Н. Расчёт режимов резания при точении, изд. МГАУ им. В.П. Горячкина., 2000.

2. Белецкий Д. Г. , Моисеев В. Г., Шеметов М. Г. Справочник токаря-универсала. - М.: Машиностроение, 1987.

3. Гини О.Ч. Специальные технологии литья: М ., 2010, 368 с.

4. Данилевский В. В. Справочник молодого машиностроителя, изд. З. М., «Высшая школа», 1973, 648 с. с ил.

5. Лупачёв В.Г. Ручная дуговая сварка. .М, «Высшая школа», 2006, 416 с.

6. Околович Г.А. Нагрев и нагревательные устройства: Учебное пособие. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - 172 с.

7. Осипов К.А., Нефедов Н.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту. - М.: Машиностроение, 1990. - 448с.

8. Третьякова Н. В. Технология конструкционных материалов. М., 2012. - 107 с. : ил.; 21 см.

9. ГОСТ 9467-75 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей. Типы.

Размещено на Allbest.ru