Доменная печь. Производство титана

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Доменная печь

1.1 Назначение и устройство работы доменной печи

1.2 Основные элементы доменной печи

2. Производство титана

2.1 Технология производства титана

2.2 Свойства титана и область его применения. Маркировка титана по ГОСТ

3. Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества

3.1 Маркировка углеродистой конструкционной стали обыкновенного качества по ГОСТ

3.2 Применение в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении

4. Тепловыделение при резании и износ резцов

4.1 Смазочно-охлаждающие жидкости

4.2 Виды и способы подвода смазочно-охлаждающих жидкостей к зоне резания

4.3 Точность и шероховатость обработки деталей

5. Станки строгальной группы. Их типы

5.1 Назначение и область применения станков строгальной группы

5.2 Приспособление, применяемые на строгальных станках

6. Лакокрасочные материалы

6.1 Состав и классификация лакокрасочных материалов

7. Технология нанесения лакокрасочных покрытий

Список используемой литературы

Приложение

1. Доменная печь

1.1 Назначение и устройство работы доменной печи

Чугун выплавляют в печах шахтного типа - доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива.

При выплавке чугуна решаются задачи:

- восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определенного химического состава.

- оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нем золы кокса и удаление его из печи.

Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник, шахту, распар, заплечики, горн, лещадь. В верхней части колошника находится засыпной аппарат, через который в печь загружают шихту. Шихту подают в вагонетки подъемника, которые передвигаются по мосту к засыпному аппарату и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку распределителя шихты. При опускании малого конуса шихта попадает в чашу, а при опускании большого конуса - в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу.

При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство подают новые порции шихты, чтобы весь полезный объем был заполнен.

1.2 Основные элементы доменной печи

Доменная печь (рис. 1) имеет стальной кожух, выложенный изнутри огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник (6), шахту (5), распар (4), заплечики (3), горн (1), лещадь (15). В верхней части колошника находится засыпной аппарат (8), через который в печь загружают шихту (офлюсованный агломерат и окатыши). Шихтовые материалы поступают в бункера, расположенные на рудном дворе: офлюсованный агломерат с агломерационной фабрики, а кокс от коксовых батарей коксохимического завода. Из бункеров шихтовые материалы подаются в вагон-весы, на которых взвешивают определенные порции шихты. Из вагона-весов кокс и агломерат передаются в вагонетку (9) скипового подъемника.

Две скиповые вагонетки с помощью лебедки передвигаются по наклонному мосту (12) к засыпному аппарату(8) и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку (7) распределителя шихты. При опускании малого конуса (10) засыпного аппарата шихта попадает в чашу (11), а при опускании большого конуса (13) -- в доменную печь (Рис. 1). Такая последовательность работы механизмов засыпного аппарата необходима для предотвращения выхода газов из доменной печи в атмосферу.

Для равномерного распределения шихты в доменной печи малый конус и приемная воронка после загрузки очередной порции материалов поворачиваются на угол, кратный 60°. Все механизмы засыпного аппарата и скипового подъемника работают автоматически по заданной программе. В процессе работы печи шихтовые материалы постепенно опускаются вниз, а через загрузочное устройство в печь подаются новые порции шихтовых материалов в таком количестве, чтобы весь полезный объем печи был заполнен.

Полезный объем печи -- это объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Современные доменные печи имеют полезный объем 2000--5000 м3. Полезная высота доменной печи достигает 35 м. В верхней части горна находятся фурменные устройства (14), через которые в печь поступают нагретый воздух, необходимый для горения кокса, и газообразное топливо, в некоторых случаях жидкое или пылевидное топливо.

Предварительный нагрев воздуха необходим для уменьшения потерь теплоты в печи. Воздух поступает в доменную печь из воздухонагревателей. Для нагрева воздуха применяют воздухонагреватели регенеративного типа. Внутри воздухонагревателя имеется камера сгорания и насадка, занимающая основной объем воздухонагревателя.

Насадка выложена из огнеупорных кирпичей так, что между ними образуются вертикальные каналы. В нижнюю часть камеры сгорания к горелке подается очищенный от пыли колошниковый газ, который сгорает и образует горячие газы. Горячие газы, проходя через насадку, нагревают ее и удаляются из воздухонагревателя через дымовую трубу. Затем подача газа к горелке прекращается, и по трубопроводу через насадку пропускается холодный воздух, подаваемый турбовоздуходувной машиной.

Доменная печь имеет несколько воздухонагревателей: в то время как в одних насадка нагревается горячими газами, в других она отдает теплоту холодному воздуху, нагревая его. По охлаждении нагретой насадки воздухом нагреватели переключаются. Воздух, проходя через насадку воздухонагревателя, нагревается до 1000--1200° С и поступает к фурменному устройству (14) доменной печи (Рис. 1), а оттуда в ее рабочее пространство.

2. Производство титана

2.1 Технология производства титана

Титан отличается высокой механической прочностью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью (Тпл = 1660 °С) и малой плотностью (4,51 г/см3). Его применяют как конструкционный материал в самолетостроении, а также при постройке сосудов, предназначенных для транспортирования концентрированной азотной и разбавленной серной кислот.

Наиболее распространенным методом получения металлического титана является магниетермический метод, то есть восстановление тетрахлорида титана металлическим магнием (реже -- натрием):

TiCl4 + 2Mg= Ti + 2MgCl2.

В обоих случаях исходным сырьём служат окисные руды титана -- рутил, ильменит и др. В случае руд типа ильменитов титана в форме шлака отделяется от железа путём плавки в электропечах. Шлак (так же, как рутил) подвергают хлорированию в присутствии углерода с образованием тетрахлорида титана, который после очистки поступает в восстановительный реактор с нейтральной атмосферой.

Титан по этому процессу получается в губчатом виде и после измельчения переплавляется в вакуумных дуговых печах на слитки с введением легирующих добавок, если требуется получить сплав. Магниетермический метод позволяет создать крупное промышленное производство титана с замкнутым технологическим циклом, так как образующийся при восстановлении побочный продукт -- хлорид магния направляется на электролиз для получения магния и хлора.

В ряде случаев для производства изделий из титана и его сплавов выгодно применять методы порошковой металлургии. Для получения особо тонких порошков (например, для радиоэлектроники) можно использовать восстановление двуокиси титана гидридом кальция. Мировое производство металлического титана развивалось весьма быстро: около 2 тонн в 1948, 2100 тонн в 1953, 20 000 тонн в 1957; в 1975 оно превысило 50 000 тонн.

2.2 Свойства титана и область его применения. Маркировка по ГОСТу

Титан -- легкий серебристо-белый металл. Существует в двух кристаллических модификациях: б-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой (a=2,951 Е; с=4,679 Е; z=2; пространственная группа C6mmc), в-Ti с кубической объёмноцентрированной упаковкой (a=3,269 Е; z=2; пространственная группа Im3m), температура перехода б-в 883 °C, ДH перехода 3,8 кДж/моль. Точка плавления 1660±20 °C, точка кипения 3260 °C, плотность б-Ti и в-Ti соответственно равна 4,505 (20 °C) и 4,32 (900 °C) г/смі, атомная плотность 5,71Ч1022 ат/смі[источник не указан 718 дней]. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Удельное сопротивление 0,42 мкОм·м при 20 °C

Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей плёнкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).

Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400 °C. Титановая стружка пожароопасна.

Химические свойства.

Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан пирофорен.

Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, H3PO4 и концентрированной H2SO4).

Легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF6]2?.

При нагревании на воздухе до 1200 °C титан загорается с образованием оксидных фаз переменного состава TiOx. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH)2·xH2O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO2. Гидроксид TiO(OH)2·xH2O и диоксид TiO2 амфотерны.

TiO2 взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na2CO3 или поташом K2CO3 оксид TiO2 образует титанат: TiO2+K2CO3=K2TiO3+CO2.

При нагревании титан взаимодействует с галогенами. Тетрахлорид титана TiCl4 при обычных условиях -- бесцветная жидкость, сильно дымящая на воздухе, что объясняется сильным гидролизом TiCl4 содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана.

Восстановлением TiCl4 водородом, алюминием, кремнием, другими сильными восстановителями, получен трихлорид и дихлорид титана TiCl3 и TiCl2 -- твёрдые вещества с сильно восстановительными свойствами.

С азотом N2 выше 400 °C титан образует нитрид TiNx(x=0,58-1,00). При взаимодействии титана с углеродом образуется карбид титана TiCx (x=0,49-1,00).

При нагревании титан поглощает H2 с образованием соединения переменного состава TiHх (x=1,0). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H2. Титан образует сплавы со многими металлами.

Применение. Основные преимущества титана перед др. конструкционными металлами: сочетание лёгкости, прочности и коррозионной стойкости. Титановые сплавы по абсолютной, а тем более по удельной прочности (то есть прочности, отнесённой к плотности) превосходят большинство сплавов на основе др. металлов (например, железа или никеля) при температурах от -250 до 550 °С, а по коррозионности они сравнимы со сплавами благородных металлов. Однако как самостоятельный конструкционный материал титан стал применяться только в 50-е гг. 20 в. в связи с большими техническими трудностями его извлечения из руд и переработки (именно поэтому титан условно относили к редким металлам). Основная часть титана расходуется на нужды авиационной и ракетной техники и морского судостроения. Сплавы титана с железом, известные под названием "ферротитан" (20--50% Т.), в металлургии качественных сталей и специальных сплавов служат легирующей добавкой и раскислителем.

Технический титан идет на изготовление емкостей, химических реакторов, трубопроводов, арматуры, насосов и др. изделий, работающих в агрессивных средах, например в химическом машиностроении. В гидрометаллургии цветных металлов применяется аппаратура из титана. Он служит для покрытия изделий из стали. Использование титана дает во многих случаях большой технико-экономический эффект не только благодаря повышению срока службы оборудования, но и возможности интенсификации процессов (как, например, в гидрометаллургии никеля). Биологическая безвредность титана делает его превосходным материалом для изготовления оборудования для пищевой промышленности и в восстановительной хирургии. В условиях глубокого холода прочность титана повышается при сохранении хорошей пластичности, что позволяет применять его как конструкционный материал для криогенной техники. Титан хорошо поддается полировке, цветному анодированию и др. методам отделки поверхности и поэтому идет на изготовление различных художественных изделий, в том числе и монументальной скульптуры. Примером может служить памятник в Москве, сооруженный в честь запуска первого искусственного спутника Земли. Из соединений титана практического значение имеют окислы титана, галогениды титана, а также силициды титана, используемые в технике высоких температур; бориды титана и их сплавы, применяемые в качестве замедлителей в ядерных энергетических установках благодаря их тугоплавкости и большому сечению захвата нейтронов. Карбид титана, обладающий высокой твердостью, входит в состав инструментальных твердых сплавов, используемых для изготовления режущих инструментов и в качестве абразивного материала.

Двуокись титана и титанат бария служат основой титановой керамики, а титанат бария -- важнейший сегнетоэлектрик.

3. Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества

Конструкционная сталь -- общее название сталей, предназначенных для изготовления строительных конструкций и деталей машин или механизмов.

Углеродистые стали относятся к числу самых распространенных конструкционных материалов. Достоинствами сталей этого класса являются удовлетворительные механические свойства в сочетании с технологичностью обработки и низкой стоимостью.

Выпускают углеродистые конструкционные стали трех групп: сталь обыкновенного качества, качественную сталь (общего назначения) и сталь специального назначения (котельную, мостовую, судостроительную и т. д.).

Сталь углеродистая обыкновенного качества -- сплав железа с углеродом, характеризуется наличием нерегламентированных примесей, неметаллических включений, газов. В ее составе также присутствуют в небольшом количестве кремний, марганец, фосфор и сера, примеси, каждая из которых оказывает определенное влияние на механические свойства сталей. В сталях обыкновенного качества, применяемых в строительстве, содержание углерода составляет 0,06-0,62 %. Стали с низким содержанием углерода характеризуются высокой пластичностью и ударной вязкостью. Повышенное содержание углерода придает стали хрупкость и твердость.

Углеродистые стали обыкновенного качества делятся на три группы: А, Б и В.

В зависимости от нормируемых показателей (механических свойств, химического состава) сталь каждой группы подразделяется на категории. Категории определяют те характеристики, которые испытываются в данной стали. Категории в группах следующие: группа А - 1, 2, 3; группа Б - 1, 2; группа В - 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Сталь изготовляют следующих марок. Группа А: Ст0. Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6; группа Б: БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6; группа В: ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Буквы Ст в марке означают сталь, цифра от 0 до 6 - условный номер марки. Буквы Б и В перед обозначением марки означают группу стали (группа А в обозначении марки не указывается).

Сталь всех групп с номерами марок 1, 2, 3, 4 по степени раскисленности изготовляют кипящей, полуспокойной и спокойной; сталь с номерами 5 и 6 - полуспокойной и спокойной.

Для обозначения степени раскисления стали после номера марки добавляют индексы: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная.

Для обозначения категории стали к обозначению марки добавляют в конце номер категории. Первую категорию в обозначении марки не указывают. Например, марку стали ВСт4пс2 следует расшифровывать так: сталь обыкновенного качества, группы В, полуспокойная, второй категории.

Для обозначения полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца в марке после номера ставят букву Г (например, Ст3Гпс).

Стали группы А поставляются с гарантированными механическими свойствами (Sв, Sт, d ). (Прочностные свойства с повышением номера марки увеличиваются, пластичность понижается.)

Стали группы Б поставляются с нормируемыми показателями по химическому составу. В сталях группы дополнительно допускаются Cr, Ni, Cu (не более 0,3 % каждого).

Стали группы В поставляются с нормируемыми механическими свойствами и химическим составом. Механические свойства сталей группы В такие же, как и сталей группы А. В сталях марок ВСт3сп категории 3, 4, 5 и 6 марок ВСт4пс, ВСт4сп категории 3 гарантированы дополнительно определенные значения ударной вязкости при +20 и -20 ° С. По химическому составу сталь группы В соответствует нормам стали группы Б.

Для изделий, при изготовлении которых материал не подвергается термическому воздействию, следует выбирать сталь группы А, так как свойства материала в изделии будут соответствовать нормам по ГОСТу.

Если изготовление детали связано с тепловым воздействием(горячая ковка, термообработка), то для установления режима обработки необходимо знание состава стали. Свойства материала в изделии во многом будут зависеть от режима обработки. Для изготовления таких деталей рекомендуется выбирать сталь группы Б.

Для изготовления деталей сваркой рекомендуется использовать стали группы Б. По ударной вязкости и порогу хладоломкости спокойные стали значительно лучше кипящих. Важно отметить, что назначение сталей обыкновенного качества весьма многообразно: от строительных и малонагруженных конструкций неответственного назначения (Ст1, Ст0, БСт0 и др.) до средненагруженных деталей типа крюков кранов, осей, валов, крепежных деталей (Ст5, ВСт5, Ст6 и др.) Детали из стали Ст6 могут быть подвергнуты значительному упрочнению термической обработкой.

3.1 Маркировка углеродистой конструкционной стали обыкновенного качества по ГОСТу

Маркировка сталей по химическому составу является наиболее общей. Эта маркировка учитывает также область применения, условия производства и качество сталей. Однако в марках некоторых сталей более узкого применения (например, автоматных, шарикоподшипниковых, быстрорежущих и др.) от правил такой маркировки существуют отклонения.

Новые стали и сплавы, еще не включенные в государственные стандарты и поставляемые по техническим условиям, обозначаются буквами, указывающими на завод-изготовитель (например, ЭК, ЭП или ЭИ - завод "Электросталь") и номером, присвоенным этим заводом.

На конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества установлен ГОСТ 380-94. В зависимости от назначения она делится на три группы:

А - поставляемую по механическим свойствам и применяемую в основном тогда, когда изделия из нее подвергают горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства (Ст0, Ст1 и др.);

Б - поставляемую по химическому составу и применяемую для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а уровень их кроме условий обработки определяется химическим составом (БСт0, БСт1 и др.);

В - поставляемую по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке (ВСт1, ВСт2 и др.).

Углеродистую сталь обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Стбпс, Стбсп.

Буквы Ст обозначают "Сталь", цифры - условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы "кп", "пс", "сп" - степень раскисления ("кп" - кипящая, "пс" - полуспокойная, "сп" - спокойная).

3.2 Применение в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении

Широко применяются в строительстве и машиностроении, как наиболее дешевые, технологичные, обладающие необходимыми свойствами при изготовлении конструкций массового назначения. В основном эти стали используют в горячекатанном состоянии без дополнительной термической обработки с ферритно-перлитной структурой. В зависимости от последующего назначения конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества подразделяют на три группы: А, Б, В.

Стали группы А используют в состоянии поставки для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. В этом случае они сохраняют структуру нормализации и механические свойства, гарантируемые стандартом. Сталь марки Ст3 используется в состоянии поставки без обработки давлением и сваркой. Ее широко применяют в строительстве для изготовления металлоконструкций.

Стали группы Б применяют для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки (ковка, сварка и в отдельных случаях термическая обработка), при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Для таких деталей важны сведения о химическом составе, необходимые для определения режима горячей обработки. Стали группы В дороже, чем стали групп А и Б, их применяют для ответственных деталей (для производства сварных конструкций).

Углеродистые стали обыкновенного качества (всех трех групп) предназначены для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Эти стали, используются, когда работоспособность деталей и конструкций обеспечивается жесткостью. Углеродистые стали обыкновенного качества широко используются в строительстве при изготовлении железобетонных конструкций. Способностью к свариванию и к холодной обработке давлением отвечают стали групп Б и В номеров 1-4, поэтому из них изготавливают сварные фермы, различные рамы и строительные металлоконструкции, кроме того, крепежные изделия, часть из которых подвергается цементации.

Среднеуглеродистые стали номеров 5 и 6, обладающие большой прочностью, предназначаются для рельсов, железнодорожных колес, а также валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин. Некоторые детали из этих сталей групп Б и В подвергаются термической обработке - закалке с последующим высоким отпуском.

В машиностроении углеродистые качественные стали, используются для изготовления деталей разного, чаще всего неответственного назначения и являются достаточно дешевым материалом. В промышленность эти стали поставляются в виде проката, поковок, профилей различного назначения с гарантированным химическим составом и механическим свойствами.

4. Тепловыделение при резании и износ резцов

доменный печь титан лакокрасочный

Работа при резании металлов в основном состоит из работы, затрачиваемой на пластическое деформирование срезаемого слоя и обработанной поверхности и работы трения на контактных поверхностях инструмента. Эти две составляющие работы резания и являются основными источниками возникновения тепла.

Соответственно источниками возникновения тепла являются зоны деформации: объемы деформируемых частей срезаемого слоя и поверхностного слоя детали, а также контактные площадки инструмента со стружкой и обработанной поверхностью. Возникающее тепло по законам теплопередачи переходит от более нагретых мест к менее нагретым, при этом происходит нагрев частей (слоев) стружки, режущего инструмента и детали, удаленных от очагов возникновения тепла. Незначительная часть тепла нагревает крепежные приспособления, станок и окружающую среду.

Количество тепла, выделяющееся при резании металлов, можно приблизительно определить по формуле:

Q = ккал/мин,

где Е - механический эквивалент тепла, равный 427 кГм/ккал.

Следовательно, чем больше сила резания и выше скорость резания, тем больше выделится в зоне резания тепла. Нагрев режущего инструмента приводит к снижению твердости (размягчению) его рабочих поверхностей, вследствие чего сопротивление изнашиванию (износостойкость) и стойкость его снижаются. При значительной температуре нагрева, приближающейся к красностойкости материала режущей части данного инструмента, нормальные условия работы нарушаются, так как инструмент весьма быстро выходит из строя.

Нагрев поверхности обрабатываемой детали обычно повышает ее пластичность, меняет условия трения, что приводит к ухудшению чистоты поверхности; при сильном нагреве возможны структурные изменения. При чистовых работах термическое расширение инструмента и детали может оказать влияние на точность обработки. В то же время условия производительной обработки требуют работы с возможно большими размерами среза (глубиной резания и подачей) и скоростями резания.

Износ режущего инструмента значительно отличается от износа деталей машин, поскольку зона резания, в которой работает инструмент, характеризуется высокой химической чистотой трущихся поверхностей, высокими температурой и давлением в зоне контакта. Механизм износа инструмента при резании металлов сложен и включает в себя абразивный, адгезионный и диффузионный износ. Удельное влияние каждого из них зависит от свойств материала, инструмента и детали и условий обработки (прежде всего скорости резания).

Абразивный износ инструмента заключается в следующем: стружка внедряется в рабочую поверхность инструмента и путем микроцарапаний удаляет металл с этой поверхности. Интенсивность абразивного износа повышается при снижении скорости резания.

Адгезионный износ инструмента происходит в результате схватывания или прилипания трущихся поверхностей и последующего отрыва мельчайших частиц материала инструмента. Результатом этого износа, происходящего при температуре ниже 900 градусов С, являются кратеры на рабочих поверхностях инструмента, образующие при слиянии лунки. Адгезионный износ уменьшается при повышении твердости инструмента.

Диффузионный износ инструмента, происходящий при температуре 900-1200 градусов С, является результатом взаимного растворения металла детали и материала инструмента. Активность процесса растворения повышается при повышении температуры контактного слоя, т.е. при возрастании скорости резания. Поэтому диффузионный износ можно рассматривать как один из видов химического износа, приводящего к изменению химического состава и физико-химических свойств поверхностных слоев инструмента и снижающего его износостойкость.

Чем выше механические свойства обрабатываемого материала и содержание в нем углерода, хрома, вольфрама, титана, молибдена, тем интенсивней износ инструмента. Наибольшее влияние на интенсивность износа оказывает скорость резания, меньшее - подача и глубина резания. Как правило, инструмент изнашивается по задней и передней поверхностям. Преобладающий износ по задней поверхности обычно наблюдается при обработке с низкими скоростями резания сталей с малой (не более 0,15. мм) толщиной среза, а также при обработке чугуна. Преобладающий износ по передней поверхности резца наблюдается при большом давлении и при высокой температуре в зоне резания. Такие условия возникают при обработке с высокими скоростями резания и без охлаждения стали с большой (более 0,5 мм) толщиной среза.

Стойкость инструмента характеризуется его способностью без переточки длительное время обрабатывать заготовки в соответствии с техническими требованиями. Величина стойкости определяется временем непосредственной работы инструмента (исключая время перерывов) от переточки до переточки; это время называется периодом стойкости инструмента или стойкостью инструмента. Наибольшее влияние на стойкость инструмента оказывает скорость резания. Так, повышение скорости резания на 50% снижает стойкость инструмента примерно на 75%, в то время как аналогичное увеличение подачи снижает стойкость на 60%.

4.1 Смазочно-охдаждающие жидкости

Смазочно-охлаждающие жидкости (далее -- СОЖ) - так обобщенно называются сложные, состоящие из ряда компонентов, системы, отвечающие за обеспечение смазочно-охлаждающего процесса деталей станочного оборудования и металлообрабатывающего инструмента. Благодаря работе СОЖ, износ инструмента снижается, а, соответственно, качество и точность обработанных деталей повышаются. СОЖ в процессе своей работы выполняют так же ряд сопутствующих функций, защищая обработанные детали, оборудование и инструмент от коррозийных процессов. Они так же избавляют рабочее пространство станка от стружки и абразивной пыли.

По составу различаются три группы СОЖ:

- Чистые минеральные масла, усиленные комплексом специальных присадок жиров, органических соединений серы, фосфора, хлора, а так же антипенных, антикоррозионных и антиокислительных присадок.

- Водные эмульсии минеральных масел. Этот вид СОЖ создается прямо на месте использования, просто разбавляя водой эмульсолы (40-80% минеральных масел, 20-60% эмульгаторов с добавками).

- Водные растворы концентрата поверхностно-активных веществ в комплексе с низкомолекулярными полимерами.

Концентрация рабочего состава эмульсии или раствора зависит исключительно от условий, в которых планируется его использовать. Как правило, это 2-10% раствор.

К смазочно-охлаждающим жидкостям относятся: Ленол 10М, СОЖ-МР7.

Прочие смазочно-охлаждающие вещества. К ним относятся газовые и твердые вещества. Газовые вещества применяют в виде чистых газов (углекислого, азота, кислорода, воздуха) или в смеси с частицами твердых или жидких смазок. Газы могут иметь нормальную или отрицательную температуру (до температур перехода в жидкое состояние). В последнем случае увеличивается отвод тепла, охрупчивается поверхность изделия, что улучшает обрабатываемость, снижает тепловыделение. Твердые смазочно-охлаждающие вещества применяют в виде добавок к газовым (частицы графита, дисульфита молибдена) в виде мазей, наносимых на поверхность инструмента, а также в виде пленочных покрытий (например, никель-фосфорные покрытия инструмента из быстрорежущих сталей) и порошков.

СОЖ являются обязательным элементом большинства технологических процессов обработки материалов резанием и давлением. Точение, фрезерование, сверление, шлифование и другие процессы обработки резанием сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов, неметаллических конструкционных материалов, штамповка и прокатка металлов характеризуются большими статическими и динамическими нагрузками, высокими температурами воздействия обрабатываемого материала на режущий инструмент, штамповочное и прокатное оборудование. В этих условия основное назначение СОЖ - уменьшить температуру, силовые параметры обработки и износ режущего инструмента, штампов и валков, обеспечить удовлетворительное качество обработанной поверхности. Помимо этого СОЖ должны отвечать гигиеническим, экологическим и другим требованиям, обладать комплексом антикоррозионных, моющих, антимикробных и других эксплуатационных свойств. Применение СОЖ при обработке металлов резанием и давлением позволяет увеличить производительность оборудования, повысить точность обработанных поверхностей и снизить их шероховатость, уменьшить брак, улучшить условия труда и в ряде случаев сократить число технологических операций.

Основные требования к эксплуатационным свойствам СОЖ в зависимости от типа и условий их применения следующие:

* технологические свойства (стойкость режущего инструмента, производительность процесса обработки, качество обработанной поверхности детали и др.) должны соответствовать требованиям технологического процесса обработки металлов;

* экономическая эффективность применения, в том числе взамен одной или нескольких ранее применявшихся СОЖ (с учетом технологической эффективности, стоимости, срока службы, разницы в затратах на транспорт, хранение, приготовление, эксплуатацию, регенерацию и утилизацию);

* соответствие современным гигиеническим требованиям;

* физико-химические характеристики должны быть в пределах норм, указанных в технических условиях на продукт.

Кроме того, к качеству СОЖ предъявляют дополнительные (сопутствующие) требования, а именно:

* отсутствие коррозирующего действия на оборудование и обрабатываемый материал;

* защитное (антикоррозионное) действие на оборудование и обрабатываемый материал;

* отсутствие разрушающего действия на лакокрасочные покрытия оборудования, на резиновые уплотнения, пластмассовые направляющие, устройства автоматики и другие элементы металлообрабатывающего оборудования;

* отсутствие обильного пенообразования, дыма, тумана, аэрозоли при эксплуатации;

* удовлетворительная фильтруемость;

* отсутствие отложений, пленок, затрудняющих перемещение движущихся частей металлообрабатывающих станков;

* стабильность при хранении и транспортировании, в том числе при низких температурах;

* удовлетворительные моющие свойства;

* удовлетворительная микробиологическая стойкость и длительный срок службы водных эмульсий и растворов СОЖ;

* стабильность эксплуатационных свойств СОЖ в процессе длительного применения - устойчивость к истощению;

* легкость приготовления рабочих эмульсий и растворов;

* удовлетворительная разлагаемость отработанной СОЖ при обезвреживании и утилизации, экологическая безвредность отходов.

4.2 Виды и способы подвода смазочно-охлаждающих жидкостей к зоне резания

Существуют различные способы подвода СОЖ к зоне резания: поливом зоны резания, струйно-напорное охлаждение под давлением, охлаждение распыленными жидкостями, импульсная подача жидкости, воздуха, газов. СОЖ может подаваться от индивидуальной или централизованной системы подвода.

Подача СОЖ поливом зоны резания производится через регулирующее расход устройство и сопло, форма которого зависит от условий обработки. Например, при фрезеровании и зубофрезеровании струя СОЖ должна иметь прямоугольное сечение и перекрывать зону обработки. Эта форма струи создается формой сопла.

Подача СОЖ под давлением осуществляется по внутренним каналам инструмента с использованием специальных патронов. Повышенное давление жидкости способствует также удалению частиц стружки и металла из зоны обработки, что требует наличия специальных систем подготовки и очистки СОЖ.

Эжекторный способ. Давление жидкости 1,0-3,5 МПа, расход 100 л/мин. Жидкость подается в зазор между наружной и внутренней трубами в головке сверла, ее поток разделяется: часть через наружные отверстия головки поступает в рабочую зону, другая часть через отверстия во внутренней трубе - во внутреннюю полость внутренней трубы. По этой же полости удаляются из зоны резания жидкость и стружка. Эжекторный способ требует тщательной подготовки и очистки СОЖ, а также специальной геометрии режущей и стружколамающей частей сверла для формирования стружки определенной формы (при обработке вязких материалов). Из-за наличия двух труб и необходимости иметь достаточные объемы внутреннего канала и щели этот способ применяется при сверлении отверстий диаметром свыше 10 мм. К этому способу подачи СОЖ относится также и метод БТА, используемый при сверлении отверстий диаметром свыше 6 мм специальными сверлами, трепанирующими головками. Этот метод предусматривает подвод СОЖ под высоким давлением через специальный патрон, торец которого поджимается к торцу обрабатываемого изделия через уплотнительный элемент, а жидкость подается от патрона через щель между трубой, на которой закреплено сверло, и обработанным отверстием. Отвод жидкости и стружки - через отверстие трубы и патрон. Давление СОЖ 1,0-6,0 МПа, расход жидкости 180 л/мин. Метод требует специальных устройств по подготовке и очистке СОЖ.

При струйно-напорном способе жидкость тонкой струей подводится в зону контакта инструмента с обрабатываемым изделием. Струя формирует сопло с отверстием до 0,8 мм, давление СОЖ более 1,5 МПа, расход 0,05-0,5 л/мин. Чтобы исключить засорение отверстий, необходима тщательная очистка СОЖ. При увеличении диаметра отверстия до 2-5 мм давление снижается до 0,05-0,2 МПа, требования к качеству очистки СОЖ снижаются, но и эффективность охлаждения также уменьшается.

Подача СОЖ в распыленном состоянии требует специальных устройств для подвода газа (обычно атмосферного воздуха) и распыления жидкости. Эффект охлаждения зависит от скорости струи, достигающей 300 м/с и более. Рекомендуемые значения параметров: давление сжатого воздуха 0,2 МПа, расход 1,5 %-ной эмульсии - до 400 г/ч, расход масла И-20А (И-124) до 3 г/ч (примером может служить универсальная установка модели УРС-75). При использовании этого способа необходимо следить за соблюдением санитарных норм на рабочих местах.

Подача СОЖ и воздуха (газа) комбинированным способом осуществляется на специальных установках или с применением устройств, обеспечивающих поочередную подачу СОЖ и воздуха в зону резания. Частота пульсаций в минуту 30-50. Подача воздуха или газа осуществляется от имеющихся воздушных магистралей (подвод воздуха) или специальных установок через сопла на станке или отверстия в инструменте. Для повышения эффективности охлаждения зоны резания воздух или газ охлаждают. Сжатый воздух иногда охлаждают в специальных вихревых холодильниках непосредственно на станке до температуры от -10 до -40 °C. Сжиженный газ подают от установок или метром 0,25-0,3 мм (при чистовой обработке). Расход 0,1-0,25 кг/мин, давление 6 МПа. Углекислый газ применяют в газообразном состоянии при условии тщательной вентиляции, обеспечивающей допустимое (до 1 %) содержание его в воздухе.

4.3 Точность и шероховатость обработки деталей

На поверхностях деталей, обработанных режущим инструментом на металлорежущих станках, всегда остаются неровности. Совокупность неровностей, образующихся на поверхности детали, называют шероховатостью поверхности.

Величина шероховатости поверхности оказывает непосредственное влияние на качество неподвижных и подвижных соединений деталей. Детали, изготовленные с грубой поверхностью, при образовании неподвижных соединений могут не обеспечить требуемой точности и надежности сборки, а при образовании подвижных соединений быстро изнашиваются и не выдерживают первоначальных зазоров в соединении деталей.

Величина и характер неровностей зависят от обрабатываемого материала, режимов резания, геометрии режущих кромок инструмента и др.

Неровности на поверхности деталей в большинстве случаев являются следами режущих кромок инструмента, расположение которых зависит от величины подачи.

С увеличением подачи увеличивается величина неровностей, а чем больше радиус закругления резца, тем меньше величина неровностей.

При увеличении скорости резания неровности уменьшаются. Увеличение угла в плане, уменьшение заднего угла, затупление и некачественное состояние режущей кромки, обработка вязких материалов приводит к увеличению шероховатости поверхности.

В производственных условиях распространен метод оценки шероховатости обработанных поверхностей детали сравнением их с образцом. Для этого обрабатывают деталь, затем аттестуют шероховатость ее поверхности в лабораторных условиях, после чего она служит эталоном для контроля сравнением аналогичных деталей.

При изготовлении детали стремятся обеспечить минимальное отклонение ее параметров от параметров, указанных на чертеже. Их разность определяет погрешность обработки детали.

Существуют два вида погрешностей -- систематические и случайные. К систематическим относятся погрешности, которые при обработке партии деталей повторяются на каждой детали. Систематические погрешности по величине больше случайных и определяют точность обрабатываемой детали.

Основные причины, вызывающие погрешности обработки:

- собственная неточность станка, например непрямолинейность направляющих станины и суппортов, непараллельность или неперпендикулярность направляющих к оси шпинделя, неточности изготовления шпинделя и его опор и т. д.;

- деформация узлов и деталей станка под действием сил резания и нагрева;

- неточность изготовления режущих инструментов и приспособлений и их износ;

- деформация инструментов и приспособлений под действием сил резания и нагрева в процессе обработки;

- погрешности установки и базирования заготовки на станке;

- деформация обрабатываемой заготовки под действием сил резания и зажима, нагрева в процессе обработки и перераспределения внутренних напряжений;

- погрешности, возникающие при установке инструментов и их настройке на размер;

- погрешности в процессе измерения, вызываемые неточностью измерительных инструментов и приборов, их износом и деформациями, а также ошибками рабочих в оценке показаний измерительных устройств.

Величина погрешности не должна превышать предельных величин размеров, допусков, указанных в чертеже.

Таким образом, причины возникновения этих погрешностей можно установить и устранить.

К случайным относятся погрешности, возникающие в результате случайных упругих деформаций заготовки, станка, приспособления и режущего инструмента, например вследствие неоднородности обрабатываемого материала.

5. Станки строгальной группы. Их типы

Станки строгальной группы применяются главным образом для обработки поверхностей, получаемых при прямолинейном главном движении, чаще всего плоскостей (плиты, рамы, направляющие станин, горячекатаная стальная полоса, черный и нержавеющий металлопрокат и др.). Обработка производится резцами при прямолинейном возвратно-поступательном главном движении и подаче, перпендикулярной направлению главного движения.

По технологическим признакам строгальные станки разделяются на два типа: универсальные, на которых выполняют большинство основных строгальных операций, и специализированные, на которых можно осуществлять ограниченное число операций.

К универсальным относятся:

- продольно-строгальные (одностоечные, двухстоечные и др., которые используются для обработки крупных деталей, как например: различных корпусов, станин, плит и т. п.),

- поперечно-строгальные (кулисные, шестеренчатые, гидравлические, кривошипные и др., служащие для обработки деталей с длиной поверхности строгания до 600 ч 700 мм);

- долбежные станки (кривошипные, с вращающейся кулисой, гидравлические и др., применяемые для изготовления шпоночных канавок, обработки пазов, углов, уступов, небольших плоскостей, фасонных поверхностей и т. п.);

К специализированным -- кромко-строгальные для обработки листового материала, ямо-строгальные, на которых обрабатывают большие плиты, копировально-строгальные, двойные, поперечные, двухсторонние поперечные и др., предназначенные для специальных работ: строгание листов, обработку тяжелых плит, копировальные работы и т. п.

Кроме перечисленных, в группу строгальных станков входят отрезные, опиловочные и фасонно-строгальные станки. Фасонно-строгальные станки применяются для получения криволинейных поверхностей некоторых деталей, пуансонов вырубных штампов, букс железнодорожного подвижного состава и др. Основная масса станков строгальной группы имеет холостой обратный ход; обратный ход для резания используется лишь у кромкострогальных станков большой длины.

5.1 Назначение и область применения станков строгальной группы

Основное назначение строгальных станков -- обработка разноориентированных плоскостей, главным образом на крупных деталях. Точность и чистота обработки плоскостей большой ширины на этих станках выше, чем достигаемые точность и чистота обработки на фрезерных станках. Кроме того, инструмент (резец), применяемый на строгальном станке, во много раз дешевле фрезы, применяемой на фрезерном станке. Установка крупногабаритных деталей и наладка станка на обработку заготовки легче, чем фрезерного станка. Эти факторы являются главной причиной того, что более производительные фрезерные станки не могут вытеснить строгальных станков в мелкосерийном и единичном производствах. Разница в стоимости инструмента делает обработку плоскостей в указанных производствах экономически более выгодной на продольно-строгальных станках, чем на фрезерных.

Строгальные станки, предназначенные для универсальных работ, по конструкции подразделяют на четыре группы: ручной, одностоечный, двухстоечный и портальный.

Продольно и поперечно-строгальные станки, так же как и долбежные, применяются в условиях индивидуального и мелкосерийного производства. В массовом и крупносерийном производстве эти станки вытеснены фрезерными, протяжными и шлифовальными станками.

Обработка плоских поверхностей на заготовках, которые либо невозможно, либо неудобно обрабатывать на фрезерных станках проводиться именно с использованием строгальных станков. Также возможна обработка крупногабаритных деталей, быстрое удаление больших количеств материала. Область применения продольно-строгальных станков: единичное и мелкосерийное производство, а также в ремонтные цеха.

Строгальные станки применяются при обработке так называемых линейчатых поверхностей -- горизонтальных, вертикальных и наклонных плоскостей посредством снятия стружки прямыми или профильными ножами.

Обработке на строгальных станках подвергаются как детали малых размеров, так и весьма крупные поковки, отливки и сварные конструкции длиной до 12 м, шириной до 6 м и высотой до 3 м; вес таких деталей может достигать 200 т.

5.2 Приспособления, применяемые на строгальных станках

Основное назначение продольно-строгальных станков -- обработка разноориентированных плоскостей, главным образом на крупных деталях. Точность и чистота обработки плоскостей большой ширины на этих станках выше, чем достигаемые точность и чистота обработки на фрезерных станках. Кроме того, инструмент (резец), применяемый на строгальном станке, во много раз дешевле фрезы, применяемой на фрезерном станке. Установка крупногабаритных деталей и наладка станка на обработку заготовки легче, чем фрезерного станка. Эти факторы являются главной причиной того, что более производительные фрезерные станки не могут вытеснить строгальных станков в мелкосерийном и единичном производствах. Разница в стоимости инструмента делает обработку плоскостей в указанных производствах экономически более выгодной на продольно-строгальных станках, чем на фрезерных.

На продольно-строгальном станке заготовку закрепляют на столе, совершающем возвратно-поступательное (главное) движение. Резцы закрепляются в суппортах. Срезание слоя металла происходит при рабочем ходе стола с заготовкой. При обратном ходе стола резец поднимается, резания не происходит.

Резец вместе с суппортом перемещается относительно обрабатываемой заготовки после каждого двойного хода стола на величину подачи в поперечном направлении, обеспечивая тем самым срезание нового слоя металла, и так цикл повторяется.

Таким образом, продольно-строгальный станок имеет механизм, обеспечивающий возвратно-поступательное движение стола вместе с заготовкой и перемещение резца (подачу) в вертикальном или горизонтальном направлении.

6. Лакокрасочные материалы (ЛКМ)

Лакокрасочные материалы (ЛКМ) - это композиции, способные обеспечить формирование на подложке (поверхности изделия) покрытия с заданным комплексом свойств.

Основным назначением лакокрасочных материалов является защита материалов от разрушения: металлов от коррозии, дерева от гниения и т.д., а также придание изделиям декоративного вида. Помимо этого ЛКМ могут выполнять и ряд других специфических функций, определенных областью применения того или иного материала.

6.1 Состав и классификация ЛКМ

Основной компонент лакокрасочного материала - пленкообразующее вещество, которые может быть природным (растительные масла, смолы - канифоль, янтарь и др., битумы, асфальты, целлюлоза, белковые вещества - казеин, костный клей и т.п.) и синтетическим (алкидные, меламиноалкидные, меламиноформальдегидные, перхлорвиниловые и др.).

Другой важнейший компонент лакокрасочного материала - краситель или пигмент. Если красители (органически синтетические вещества, растворимые в пленкообразователе) не лишают окрашенное покрытие прозрачности (их чаще применяют для изготовления лаков), то пигменты не растворяются ни в воде, ни в органических растворителях, ни в пленкообразователях (они диспергируются в них) и делают покрытие непрозрачным. Пигменты бывают природные (минеральные) и синтетические (неорганические и органические). К природным относятся мел (основной пигмент в клеевых, водоэмульсионных красках и шпатлевках; вспомогательный - в масляных, алкидных и других лакокрасочных материалах); охра, мумия, сурик железный, тальк, барит и др. Из синтетических неорганических пигментов наиболее распространены литопон (смесь сульфида цинка и сульфата бария), диоксиды цинка и титана, оксид хрома, ультрамарин и т.д. Органические пигменты находят применение главным образом в материалах промышленного назначения. Особый класс пигментов - металлические (тонкодисперсные порошки алюминия, меди, цинка и их сплавов).

В состав лакокрасочных материалов входят также наполнители 9 мел, каолин и др.), растворители и разбавители. Растворители предназначены для перевода пленкообразователя в состояние, пригодное к нанесению на окрашиваемую поверхность и для регулирования вязкости лакокрасочных материалов. Разбавители регулируют только вязкость лакокрасочных композиций. В качестве растворителей используют скипидар (самый лучший растворитель для масляных красок, изготовленных на натуральных олифах), бензин, а также смеси различных органических веществ (РС-2 смесь уайт- спирита с ксилолом; № 645 - смесь толуола, амилацетата, бутанола, этанола, этилацетата и ацетона и др.). Кроме основных компонентов в лакокрасочные композиции часто вводят различные активные добавки - сиккативы, ускорители, отвердители. Сиккативы (соединения свинца, марганца и других металлов) предназначены для ускорения высыхания олиф и масляных красок.

Лакокрасочные покрытия могут иметь различные свойства, которые определяются составом лакокрасочных материалов (типом пленкообразующих веществ, пигментов, наполнителей и добавок), а также структурой покрытий, которые, как правило, состоят из нескольких слоев. Для классификации ЛКМ используется буквенно-цифровая система, состоящая из 5 групп знаков для красок (эмалей), грунтовок, шпатлевок и 4 групп знаков для лаков.