Технологические процессы машиностроительного производства
Назначение и виды термической обработки металлов и сплавов. Технология и назначение отжига и нормализации стали. Получение сварных соединений способами холодной и диффузионной сварки. Обработка металлов и сплавов давлением, ее значение в машиностроении.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.08.2011 |
| Размер файла | 2,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Схема стыковой сварки, предложенная С. Б. Айбиндером, приведена на рис. 14, б.
Рис. 14. Схемы холодной стыковой сварки
Обработка металлов и сплавов давлением. Термомеханическая обработка металла
Успехи машиностроения, строительства и других отраслей промышленности в значительной мере определяются достижениями в области металлургического производства. Повышение прочности в сочетании с достаточной пластичностью металлов и сплавов позволяют уменьшить массу, а следовательно, и стоимость сооружений и машин при их эксплуатации и во многих случаях при изготовлении. Поэтому непрерывно стремятся улучшить механические характеристики металла как в состоянии поставки, так и при последующей обработке.
Известно, что пластическое деформирование и термическая обработка меняют свойства металлов. Объединение этих операций, максимальное их сближение и создание единого процесса термомеханической обработки обеспечивают заметное повышение механических характеристик, что позволяет экономить до 15...40% металла и более или увеличить долговечность изделий.
Длительное время пластическую обработку рассматривали в основном как операцию формирования, хотя известно, что 10...20% энергии, затрачиваемой на деформацию, идет на увеличение внутренней энергии дефектов кристаллической решетки. Перед окончательной термической обработкой от этой накопленной энергии освобождались и только после этого выполняли термические операции, приводившие металл к метастабильному состоянию с высокой прочностью и вязкостью. Между тем совмещение пластической деформации и фазовых (структурных) превращений или их сочетание в определенной последовательности вызывает повышение плотности дислокации, изменяет наличие вакансий и дефектов упаковки и может быть использовано для создания оптимальной структуры металла и формирования важнейших свойств -- прочности и вязкости. Это совмещение пластической деформации и термического воздействия, целью которого является формирование требуемой структуры обрабатываемого тела, называют термомеханической обработкой (ТМО).
При ТМО оба процесса -- пластическая деформация и термическая обработка -- могут совмещаться в одной технологической операции, но могут проводиться с разрывом по времени. Однако фазовые превращения при этом должны выполняться в условиях повышенной плотности дефектов решетки, возникающих благодаря пластической деформации металла. В условиях ТМО сочетание пластической и термической обработок для разных материалов определяется исходным структурным состоянием, чувствительностью к этим воздействиям и последствиям воздействия.
ТМО стали выполняется главным образом по трем схемам: высокотемпературная (ВТМО), низкотемпературная (НТМО) и предварительная термомеханическая обработка (ПТМО).
ВТМО -- термообработка с деформационного нагрева с последующим низким отпуском. Контролируемая прокатка, являясь разновидностью ВТМО, представляет собой эффективный способ повышения прочности, пластичности и вязкости низколегированных сталей. Основная идея этого вида обработки заключается в подборе режимов прокатки и охлаждения после прокатки, что обеспечивает получение мелкого и однородного зерна в готовом прокате. Наиболее успешно это достигается понижением температуры прокатки в последних трех -- пяти проходах до 780...850°С при увеличении степени деформации до 15...20% и выше за проход.
НТМО заключается в нагреве стали до 1000...1100°С, быстром охлаждении до температуры метастабильного состояния аустенита (400...600°С) и высокой степени (до 90% и выше) деформации при этой температуре. После этого выполняется закалка на мартенсит и отпуск при 100…400°С. Этот способ применим к легированным сталям.
ПТМО характерна простотой выполнения технологического процесса: холодная пластическая деформация (повышает плотность дислокаций), дорекристаллизационный нагрев (обеспечивает полигонизацию структуры феррита), закалка со скоростного нагрева, отпуск, При этом перерыв между холодной деформацией и нагревом под закалку не регламентируется, что значительно упрощает технологический процесс ПТМО.
Операция ускоренного охлаждения после прокатки или другого вида пластической деформации также представляет собой термомеханическую обработку. Поэтому эта операция приобретает в ряде случаев важное значение как с точки зрения улучшения структуры металла, а следовательно, и механических свойств, так и влияния на понижение окалинообразования и обезуглероживания.
Прокатка металлов
Прокатка металлов является таким видом пластической обработки, когда исходная заготовка обжимается вращающимися валками прокатного стана в целях уменьшения поперечного сечения заготовки и придания ей заданной формы. Существует три основных способа прокатки:
продольная,
поперечная,
поперечно-винтовая (или косая).
При продольной прокатке деформирование заготовки осуществляется между вращающимися в разные стороны валками. Оси прокатных валков и обрабатываемой заготовки параллельны (или пересекаются под небольшим углом). Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения -- в противоположном. В процессе поперечной прокатки обрабатываемая заготовка удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечиваются соответствующей профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят изделия, представляющие собой тела вращения (шары, оси, шестерни и пр.).
Поперечно-винтовая или косая прокатка выполняется во вращающихся в одном направлении валках, установленных в прокатной клети под некоторым углом друг к другу. Станы косой прокатки используют при производстве труб, главным образом для прошивки слитка или заготовки в гильзу. В момент соприкосновения металла с вращающимися валками, имеющими наклон к оси обрабатываемой заготовки, возникают силы, направленные вдоль оси заготовки, и силы, направленные по касательной к ее поперечному сечению. Совместное действие этих сил обеспечивает вращение, втягивание обрабатываемой заготовки в суживающуюся щель и деформирование.
Металлургическая промышленность России выпускает разнообразные виды проката, отличающиеся по форме поперечного сечения и размерам. Все эти изделия перечень которых называется сортаментом, как правило, стандартизованы.
Хотя сортамент прокатных изделий весьма обширен, все же представляется возможным весь прокат 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.). В прокатных цехах производят более 1600 размеров простых профилей, более 1100 фасонных профилей общего потребления и примерно 1350 размеров профилей специального назначения.
Весь сортовой прокат подразделяется на четыре группы: сталь крупносортная, сред несортная, мелкосортная и катанка диаметром от 5,5 до 9 мм.
В зависимости от способа производства и толщины листовой прокат подразделяется на три основных группы: горячекатаные толстые листы толщиной 4 мм и более, горячекатаные тонкие листы толщиной менее 4 мм и холоднокатаные листы всех размеров. Листовой прокат из стали и цветных металлов используется в самых разнообразных отраслях промышленности. Поэтому листовую сталь часто подразделяют по назначению, так, например, свариваемая корпусная сталь судостроения (ГОСТ 5521--76), горячекатаная толстолистовая конструкционная качественная углеродистая сталь толщиной от 4 до 14 мм и низколегированная сталь для котлостроения и сосудов, работающих под давлением (ГОСТ 5520--69), рулонная холоднокатаная сталь толщиной 0,02--4 мм и др.
В соответствии с ГОСТом трубы, изготовляемые на прокатных станах, подразделяются на две группы: бесшовные и сварные (со швом). Помимо круглых труб производят также профильные трубы и с переменными размерами сечения по длине. Объем производства труб увеличивается с каждым годом. Наиболее заметно растет производство сварных и холоднокатаных труб.
Развитие машиностроения, создание новых отраслей промышленности повышают требования к качеству металла, вызывают необходимость расширения сортамента и увеличения производства дефицитных видов проката. Вместе с тем растет потребность расширения производства экономичных профилей. К таким видам проката можно отнести тонкостенные и широкополочные балки, тонкостенные угловые профили, швеллеры, гнутые профили и пр. Для серийного машиностроения имеет большое значение выпуск периодических профилей, использование которых обеспечивает заметную экономию металла (до 20...30%), повышает производительность штамповки.
Длительнее время получение готового проката выполнялось по технологической схеме «слиток -- готовый прокат». В этих условиях получали слиток небольшой массы и выбирался он с таким расчетом, чтобы непосредственно из него можно было получить необходимое изделие за один нагрев. Однако по мере развития машиностроения и металлургии, главным образом высокопроизводительных способов получения стали, возникла необходимость разливать сталь в слитки значительной массы--6...10 т и более. Получение готового проката из такого слитка за один нагрев не всегда представляется возможным. По этой причине начали строить обжимные станы, задача которых состояла в обработке слитка в заготовку. Данное обстоятельство привело к новой технологической схеме: слиток -- полупродукт (заготовка) -- готовый прокат.
Прокатное производство металлургического завода в соответствии с этой технологической схемой включает систему станов, обеспечивающих получение полупродукта в виде слябов, блюмов и других заготовок, и систему станов, которые выпускают готовый прокат в виде сортовой стали, горяче и холоднокатаных листов, лент, труб и пр.. Поэтому прокатные цехи, как правило, имеют в своем составе: обжимные (блюминги, слябинги) и заготовочные станы, являющиеся основными агрегатами, связывающими сталеплавильные цехи и прокатные станы, выпускающие готовый прокат; сортовые станы (рельсобалочные, крупно-, средне-, мелкосортные и проволочные); листопрокатные станы; трубные станы и др.
Наряду с такой широко распространенной технологической схемой наблюдается переход к схеме «литая заготовка -- готовый прокат». Этому способствует успешное освоение разливки стали в заготовки квадратного и прямоугольного сечений, что имело распространение лишь в цветной металлургии. Непрерывное литье стальных заготовок длительное время не применялось из-за значительных трудностей выполнения технологического процесса самой разливки. Однако этот процесс обеспечивает получение химически более однородной плотной заготовки, что резко повышает выход годного. Например, на слябах спокойной углеродистой стали выход годного выше на 20%, чем при разливке в изложницы. Вместе с тем исключается необходимость иметь отделение подготовки изложниц и поддонов, а также стрипперное отделение. Применение непрерывной разливки стали снижает себестоимость металлургического передела, так как при этом устраняется необходимость в дорогостоящем оборудовании обжимных цехов, исключаются расходы на содержание обслуживающего и административного персонала. Установлено, что себестоимость проката в этих условиях снижается на 8...10% при улучшении во многих случаях механических свойств и других характеристик стали..
Непрерывным литьем стали изготовляют слябы сечением до 300х2030, 300х2320 мм, квадратные заготовки сечением до 320х320 мм, а также круглые полые трубные заготовки. Технологическая схема получения того или иного вида готового проката предусматривает включение всех необходимых последовательных операций обработки, начиная с подготовки слитка или заготовки для нагрева и кончая завершающей отделкой и определением качества готового проката. Вместе с тем следует иметь в виду, что технология изготовления даже одного и того же вида изделия может в какой-то мере отличаться, если производство его осуществляется на другом прокатном стане, хотя основные операции изготовления имеют много общего.
К основным технологическим операциям любой технологической схемы производства проката следует отнести: подготовку исходных материалов; нагрев перед прокаткой (кроме холодной прокатки, когда, однако, часто требуется другая операция -- соответствующая термическая обработка); горячую и холодную прокатку; калибровку и производство гнутых профилей; отделку с операциями резки, правки, термической обработки, удаления поверхностных дефектов, травления и пр.
Волочение металла
Волочение металла -- это протягивание изделия круглого или фасонного профиля через отверстие волочильного очка (волоку), площадь выходного сечения которого меньше площади сечения исходного изделия. Волочение выполняется тяговым усилием, приложенным к переднему концу обрабатываемой заготовки. Данным способом получают проволоку всех видов, прутки с высокой точностью поперечных размеров и трубы разнообразных сечений.
Обработка металла волочением находит широкое применение в металлургической, кабельной и машиностроительной промышленности. Волочением получают проволоку с минимальным диаметром 0,002 мм, прутки диаметром до 100 мм, причем не только круглого сечения, трубы главным образом небольшого диаметра и с тонкой стенкой. Волочением обрабатывают стали разнообразного химического состава, прецизионные сплавы, а также практически все цветные металлы (золото, серебро, медь, алюминий, и др.) и их сплавы. Изделия, полученные волочением, обладают высоким качеством поверхности и высокой точностью размеров поперечного сечения. Если изделию требуется придать в основном эти характеристики, то такой вид обработки называют калибровкой.
Волочение чаще всего выполняют при комнатной температуре, когда пластическую деформацию большинства металлов сопровождает наклеп. Это свойство в совокупности с термической обработкой, используют для повышения некоторых механических характеристик металла. Так, например, арматурная проволока диаметром 3...12 мм из углеродистой конструкционной, стали (0,70...0,90%С) при производстве ее волочением обеспечивает предел прочности 1400... 1900 МПа и предел текучести 1200... 1500 МПа.
Волочение выгодно отличается от механической обработки металла резанием (строганием), фрезерованием, обточкой и пр., так как при этом отсутствуют отходы металла в виде стружки, а сам процесс заметно производительнее и менее трудоемок.
Волочением можно изготовлять полые и сплошные изделия часто сложного поперечного сечения, производство которых другими способами не всегда представляется возможным (например, тонкие изделия, прутки значительной длины).
При волочении ряда профилей (квадратный, треугольный, шестиугольный и др.) используют составные волоки, которые отличаются высокой универсальностью, так как в одной и той же волоке, меняя профиль отверстия соответствующей перестановкой отдельных пластин, можно получать различные размеры профиля. Кроме составных волок при производстве прутков и главным образом труб применяют шариковые и роликовые волоки. При получении профилей сложной формы применяют дисковые волоки, в которых рабочие поверхности волочильного канала образуются поверхностями свободно вращающихся дисков (неприводных валков-роликов).
В качестве исходного материала для волочения применяют катаную и прессованную заготовки. При производстве алюминиевой, медной и другой проволоки в качестве исходной заготовки используют катанку, получаемую непосредственно из плавильной печи через кристаллизатор и непрерывный прокатный стан. Независимо от способа получения исходная заготовка перед волочением проходит тщательную предварительную подготовку, которая заключается в проведении того или иного вида термической обработки, удалении окалины и подготовке поверхности для закрепления и удержания на ней смазки в процессе волочения. Эти предварительные операции обеспечивают нормальное выполнение пластической деформации в волочильном отверстии, способствуют получению высокого качества поверхности изделия, уменьшают усилие и энергию на волочение и снижают износ волочильного инструмента.
Термическая обработка металла перед волочением снимает наклеп, придает металлу необходимые пластические свойства, обеспечивает получение наиболее оптимальной структуры. Поэтому термическую обработку выбирают такой, чтобы в сочетании с пластической деформацией она обеспечивала максимальные механические и другие характеристики обрабатываемого изделия. В зависимости от химического состава металла и назначения продукта волочения применяют отжиг, нормализацию, закалку, патентирование. Патентирование применяют для углеродистых сталей. Процесс патентирования состоит в нагреве металла выше критической точки и охлаждении его в среде с температурой 450…500°С. В качестве такой закалочной среды используют расплавленный свинец или соли.
В процессе получения готового изделия волочением термическую обработку для снятия наклепа и улучшения структуры металла можно выполнять несколько раз в зависимости от размеров исходного и конечного продуктов обработки и окончательных его качественных показателей. Готовый продукт тоже можно подвергать окончательной термической обработке в целях придания металлу требуемых механических свойств и структуры.
При производстве проволоки и прутков волочением большое внимание уделяют подготовке поверхности продукта обработки перед волочением. Удаление окалины в калибровочных и волочильных цехах производят механическим, химическим и электрохимическим способами, а также комбинациями этих способов. При механической очистке поверхности от окалины проволоку или пруток подвергают периодическим перегибам в разных плоскостях между роликами, после чего металл поступает на завершающую очистку стальными щетками. Такой способ экономически целесообразен, пригоден для очистки поверхности главным образом из углеродистой стали, окалина которой при перегибах сравнительно легко разрушается и опадает. Из механических способов, обеспечивающих достаточно успешную очистку поверхности металла, находит применение дробеструйная обработка. Под действием ударов дроби из отбеленного чугуна. стального литья или высокопрочной мелко нарезанной стальной проволоки окалина на поверхности обрабатываемого изделия разрыхляется и удаляется. Этот способ очистки поверхности металла от окалины во многих случаях не требует дополнительного травления и наиболее часто применяется в калибровочных цехах.
Химические способы удаления окалины получили широкое распространение благодаря своей надежности, хотя они менее экономичны по сравнению с механическими способами. Травление углеродистых и ряда легированных сталей производят в серной или соляной кислотах. Высоколегированные стали (кислотоупорные, нержавеющие и др.) травят в смесях кислот (серная и соляная, серная и азотная и др.). Медь и ее сплавы травят в 5...10%-ной серной кислоте при температуре 30...60°С. Травление металла в кислотах для очистки от окалины обычно производят с добавлением в ванну присадок (ингибиторов травления), которые значительно уменьшают скорость растворения основного металла, но не влияют на скорость растворения окалины, что предотвращает перетравливание. Кроме того, присадки снижают диффузию водорода (Н2) в металл, уменьшают загазованность травильных отделений, улучшают условия труда.
Непосредственно после травления металл тщательно промывают для удаления остатков раствора кислоты, солей железа, шлама, травильной присадки, грязи. Промывку производят немедленно после травления, так как задержка ведет к высыханию травильной жидкости и выделению труднорастворимых солей железа. Обычно промывку ведут сначала в горячей воде, что обеспечивает интенсивное растворение солей, а затем для лучшего удаления шлама -- в струе холодной воды из шланга под давлением около 0,7 МПа.
После удаления окалины наносят подсмазочный слой, который должен хорошо удерживать смазку при волочении и способствовать предохранению налипания металла на рабочую поверхность волоки.
После травления, промывки, нанесения подсмазочного слоя металл сушат в специальных камерах при циркуляции воздуха температурой 300...350°С. Сушка удаляет влагу, а также устраняет возможную травильную (водородную) хрупкость, которая может возникнуть от того, что часть водорода, образующегося при травлении, диффундирует в металл и вызывает ухудшение его пластических свойств.
Все операции по подготовке поверхности металла к волочению выполняют в специальном изолированном помещении. Для травления и обработки поверхности проволоки и прутков существуют травильные машины периодического и непрерывного действия. Обработка в машинах непрерывного действия обеспечивает быстрое и равномерное травление изделий любых сечений. Этот способ является наиболее прогрессивным, так как в непрерывном процессе можно сочетать термическую обработку, удаление окалины и нанесение подсмазочного слоя. Такая поточная обработка обеспечивает полную автоматизацию процесса, повышает качество металла, снижает трудоемкость операций.
После процесса волочения прутки помимо термической обработки во многих случаях правят, шлифуют, полируют и в зависимости от назначения наносят на них защитные покрытия, например, цинкованием, лужением, хромированием, кадмированием, алитированием, лакировкой и др. Правку обычно выполняют на роликоправильных машинах, которые устанавливают или в потоке производства, или отдельно. Шлифовка поверхности калиброванных прутков на глубину до 0,15...0,30 мм используется для удаления поверхностных дефектов, снятия обезуглероженного слоя, придания точных размеров поперечному сечению прутка и др.
Для регламентации технологических операций составляются технологические карты, в которых расписан весь технологический процесс по подготовке металла к волочению, маршрут волочения, способы начальной, промежуточной и окончательной термических обработок, операций отделки и пр. Так как маршрут волочения представляет собой последовательность изменения размеров поперечного сечения исходного материала на волочильном стане, а на одной установке обычно получают изделия с различными размерами поперечного сечения, то для каждого из них должен быть свой маршрут волочения.
Определяя маршрут обработки металла на станах многократного волочения, необходимо учитывать кинематику стана, т. е. вытяжки должны согласовываться с частотой вращения и размерами диаметра каждого барабана. Маршрут, принятый без учета кинематики стана, особенно для станов, работающих со скольжением не только затрудняет процесс волочения, но и делает его невыполнимым. Лишь на станах с автоматической регулировкой скоростей можно допускать некоторое несоответствие принятых вытяжек и заданных скоростей.
Прессование металла
Прессование металла -- это вытеснение с помощью пуансона металла исходной заготовки (чаще всего цилиндрической формы), помещенной в контейнер, через отверстие матрицы.
Этот способ пластической обработки находит широкое применение при деформировании как в горячем, так и в холодном состоянии металлов, имеющих не только высокую податливость, но и обладающих значительной природной жесткостью, а также в одинаковой мере применим для обработки металлических порошков и неметаллических материалов (пластмасс и др.).
Прессованием изготовляют прутки диаметром З...250 мм, трубы диаметром 20...400 мм при толщине стенки 1,5...12 мм, полые профили с несколькими каналами сложного сечения, с наружными и внутренними ребрами, разнообразные профили с постоянным и изменяющимся (плавно или ступенчато) сечением по длине. Профили для изготовления деталей машин, несущих конструкций и других изделий, получаемые прессованием, часто оказываются более экономичными, чем изготовляемые прокаткой, штамповкой или отливкой с последующей механической обработкой. Кроме того, прессованием получают изделия весьма сложной конфигурации, что исключается при других способах пластической обработки.
К основным преимуществам прессования металла относятся: возможность успешной пластической обработки с высокими вытяжками, в том числе малопластичных металлов и сплавов; возможность получения практически любого поперечного сечения изделия, что при обработке металла другими способами не всегда удается; получение широкого сортамента изделий на одном и том же прессовом оборудовании с заменой только матрицы; производство изделий с высокими качеством поверхности и точностью размеров поперечного сечения, что во многих случаях превышает принятую точность при пластической обработке металла другими способами (например, при прокатке). К недостаткам получения изделий прессованием следует отнести:
повышенный расход металла на единицу, изделия из-за существенных потерь в виде пресс-остатка; появление в некоторых случаях заметной неравномерности механических и других свойств по длине и поперечному сечению изделия; сравнительно высокую стоимость прессового инструмента.
Основным признаком разновидностей процесса прессования является наличие или отсутствие поступательного перемещения металла относительно стенок приемника (контейнера), за исключением небольших участков вблизи матрицы, называемых мертвыми зонами, где перемещение металла отсутствует. Наряду с наиболее распространенным методом прессования. с прямым истечением, которое используется для получения сплошных и полых изделий, широкое применение получил обратный (обращенный) метод, а также другие схемы истечения металла. Каждый из этих методов имеет определенные преимущества. Так, например, при боковом истечении металла помимо удобств приема пресс-изделия обеспечивается минимальная разница механических свойств изделия в поперечном и продольном направлениях.
Процесс прессования выполняется в условиях неравномерного всестороннего сжатия металла, что положительно сказывается на увеличении его пластичности. Поэтому прессованием можно обрабатывать металлы и сплавы с низкой природной пластичностью. Однако трехосное сжатие вызывает необходимость значительных усилий при обработке. Поэтому прессование требует повышенного расхода энергии на единицу объема деформируемого тела.
Как отмечалось, при прессовании в местах перехода контейнера в матрицу появляются так называемые мертвые углы, т. е. такие зоны, которые испытывают лишь упругую деформацию. Течение металла в мертвых зонах отсутствует, пока размер пресс-остатка не будет достаточно мал. Эти мертвые зоны при прессовании прутков большой длины в известной мере играют положительную роль, так как оказывают фильтрующее воздействие: в мертвых углах задерживаются различные загрязнения, что предохраняет от вдавливания посторонних включений в поверхностные слои изделия. При неправильно выбранном размере пресс-остатка загрязнения мертвых углов могут попасть в изделие и вызвать заметное понижение его качеств. Все это необходимо учитывать при разработке технологического процесса прессования. Практикой установлено, что при нормальных условиях прессования минимальная высота пресс-остатка составляет 0,10... 0,30 диаметра исходной заготовки.
Силовые условия прессования определяются свойствами деформируемого металла, температурным режимом, размерами заготовки, скоростью и степенью деформации, значением контактного трения, геометрией инструмента и др. К сожалению, еще не разработана методика, позволяющая связать все эти факторы в математическую зависимость для определения усилий прессования. Поэтому приходится пользоваться методами расчета, лишь приближенно отражающими условия деформации.
Ковка и штамповка металла
Ковка и штамповка металла включает такие процессы получения изделий, как ковка, объемная горячая штамповка и штамповка листового и пруткового материала в холодном состоянии.
При ковке деформирование заготовки осуществляется с помощью универсального подкладного инструмента или бойков. Бойки чаще всего бывают плоскими, однако применяют вырезные и закругленные бойки. Нижний боек обычно неподвижен, верхний совершает возвратно-поступательное движение. В результате многократного и непрерывного воздействия инструмента заготовка постепенно приобретает необходимую форму и размеры.
При объемной штамповке придание заготовке заданной формы и размеров осуществляется путем заполнения металлом рабочей плоскости штампа.
Листовая штамповка является таким видом пластической обработки металла, когда для получения деталей типа колпачков, втулок и других в качестве исходного материала используют лист или ленту. При этом обработка выполняется без значительного изменения толщины заготовки.
Данными способами получают весьма разнообразные по форме и размерам изделия из металла, пластмасс и других материалов с различными степенью точности размеров, механическими и другими характеристиками и качеством поверхности. Поэтому ковочно-штамповочное производство находит широкое применение в машиностроении и приборостроении, в производстве предметов народного потребления и других отраслях народного хозяйства. Получение изделий ковкой и штамповкой позволяет максимально приблизить исходную форму заготовки к форме и размерам готовой детали и тем самым уменьшить или полностью исключить дорогостоящие операции с потерей металла в стружку.
Сортовой прокат
Сортовой прокат изготовляют из различных сталей -- углеродистых и легированных (конструкционных, инструментальных и специального назначения). Для получения необходимой твердости и структуры, улучшения обрабатываемости резанием и давлением, подготовки структуры для последующей термической обработки сортовой прокат подвергают отжигу или высокому отпуску. Для получения определенных механических свойств, предусмотренных ГОСТом, проводят нормализацию или нормализацию с высоким отпуском, чтобы устранить неоднородность микроструктуры путем фазовой перекристаллизации. Прокат из инструментальных сталей подвергают отжигу на зернистый перлит. Прокат из высоколегированных конструкционных сталей мартенситного класса, подкаливающихся при охлаждении на воздухе и получающих в связи с этим повышенную твердость (до НВ 500), подвергают высокому отпуску. Прокат конструкционных углеродистых сталей подвергают оркигу или высокому отпуску. Для более эффективного использования оборудования сортовой прокат в зависимости от назначения и марки стали разбивают на группы, близкие по режиму термической обработки; например, садки формируют из сталей 30 45 и 50; У7А, У8А, У9А; 4ХВ2С, 5ХВ2С, 6ХВ2С; X, 9Х, 9ХС, ХГ, ХВГ и др. Кроме этого, необходимо учитывать склонность сталей к окислению и обезуглероживанию и тип печей, в которых производят термическую обработку. Для лучшего и более равномерного нагрева сортовой прокат следует укладывать на под печи в специальных скобах (бугелях) с применением специальных прокладок (рис. 15). Масса пакетов достигает 30--40 т и более. Даже при такой массе пакета обеспечивается быстрый и равномерный нагрев садки благодаря тому, что пакет состоит из отдельных ячеек, так как прокладки изготовляют из прутков квадратного или круглого сечения не менее 40--45 мм. При составлении садки следует учитывать массу пакета и условия нагрева в зависимости от типа печи. Например, в печах с выдвижным подом при одностороннем нагреве разница температур по высоте печи (садки) достигает 40--60° С, и поэтому максимальная высота садки не должна превышать 0,6--0,8 м. В печах с двусторонним нагревом разность температур не превышает 20° С и высота садки может быть увеличена. В центр садки следует помещать прокат мелкого профиля из сталей с более широким интервалом температур отжига. Момент окончания нагрева определяют по показаниям термопар, установленных в своде и боковых стенках печи. Время выдержки для выравнивания температуры по всему сечению садки определяется массой садки, химическим составом нагреваемых сталей, типом печи; например, при отжиге шарикоподшипниковых сталей в механизированных камерных печах приняты следующие нормы выдержки:
(чтобы в структуре не образовался пластинчатый перлит); поэтому температура отжига составляет 745° С. Для сортового проката крупного профиля (более 40--60 мм) в первые 2 ч выдержки повышают температуру до 760° С. При скорости нагрева 100° С/ч время нагрева составляет 3--5 ч, а время выдержки (отрезок А на рис. 16) определяют из расчета 0,55--0,75 ч/т.
Используя нагрев при прокатке, можно значительно повысить механические свойства сортового проката из низкоуглеродистых и низколегированных сталей применением высокотемпературной термомеханической обработки (В. Т. М. О.). Для этого горячее деформирование заканчивают при температурах, близких к критической точке, далее проводят закалку на мартенсит (в низкоуглеродистых сталях образуются структуры феррито-цементитного типа). При В. Т. М. О. могут быть получены высокие механические свойства. Так, пруток диаметром 19 мм из стали 45 после охлаждения с температуры 900° С (температура выхода из последней клети прокатного стана) водой и отпуска при 300° С имеет предел прочности при растяжении 140--200 кгс/мм2 (1400-- 2000 МН/м2). После термической обработки сортового проката контролируют твердость на прессе Бринелля, качество излома, макро- и микроструктуру, глубину обезуглероженного слоя, механические свойства (испытание на растяжение и удар) и прокаливаемость.
Решение задач
ES-верхние отклонения отверстия
es- верхние отклонения вала
EI- нижнее отклонения отверстия
ei-нижнее отклонения вала
Dmax-наибольший предельный размер
Dmin-наименьший предельный размер
N-натяг
D-диаметр отверстия
d- диаметр вала
S- зазор
T-допуск.
а) По размеру вала (d=) и отверстия (D=8) на чертеже и действительным размерам (dr=8,27 мм; 8,09 мм; 7,95мм; Dr=8,05 мм; 7,87 мм; 7,70 мм) определить годность изготовленных деталей или вид брака (исправимый или неисправимый).
Решение:
Дан размер вала d= и отверстия D=8
dmax=8,15мм ; dmin=8,00 мм.
Размер dr=8,27 мм - Брак исправимый.
dr= 8,09 мм - годный размер.
dr= 7,95мм - не годен (брак не исправимый).
Dmax=7,9 мм; Dmin=7,75мм.
Размер Dr=8,05 мм - Не годен ( брак не исправимый).
Dr=7,87 мм - годный размер.
Dr=7,70 мм - брак исправимый.
б) По указанным на чертеже размерам вала () и отверстия () определить наибольший и наименьший зазор (или натяг), определить систему полей допусков и дать графическое изображение (схему) посадки (с зазором, с натягом или переходом) в данной системе, определить допуск для отверстия и вала, а так же квалитет их обработки.
Решение:
Отверстие ; Вал
D=57 мм d=57мм
ES=+0,030 мм ; EI=0 мм es=+0,021мм; ei=+0,002 мм
Dmax= D+ES=57+0,030=57,03мм. dmax=d+es=57+0,021=57,021 мм
Dmin=D+EI=57+0=57мм. dmin=d+ei=57+0,002=57,002 мм
TD=Dmax-Dmin=57,03-57=0,3мм. Td=dmax-dmin=57,021-57,002=0,019 мм
Отверстие 12 квалитета 57Н12 Вал 6 квалитета 57h6
+
Smax
+0,030 +0,021 Nmax
Отверстие вал
0 +0,002 л.н.р.
-
т.к. поле допуска вала расположено в поле допуска отверстия, это переходная посадка и расчитаем наибольший натяг и наибольший зазор.
Smax=Dmax-dmin=57,03-57,002=0,028мм
Nmax=dmax-Dmin=57,021-57=0,21мм
в) По указанным на чертеже размерам вала (d = 87е8) и отверстия (D=350Н9) определить значения предельных отклонений.
Решение:
Для отверстия D=350Н9 D=350 ES=+0,140 ; EI=0.
Для вала d = 87е8 d=87 es= - 0,072; ei= - 0,126.
г) По размеру соединения () вычислить допуск вала и отверстия, квалитет их обработки, а также посадку и допуск посадки.
Решение:
Отверстие D=115 Вал 115
Квалитет D11 Квалитет d10
D=115 мм d=115 мм
ES=+0,330 EI=+0,110 es= -0,120 ei= -0,207
Dmax=D+ES=115+0,330=115,33 dmax=d+es=115+(-0,120)=114,88
Dmin=D+EI=115+0,110=115,11 dmin=d+ei=115+(-0,207)=114,793
TD=Dmax-Dmin= Td=dmax-dmin=114,88-114,793=0,087мм
=115,33-115,11=0,22 мм
Посадка с зазором.
Т.к. поле допуска вала расположено ниже поле допуска отверстия, то расчитаем наибольший и наименьший зазор.
Smax=Dmax-dmin=115,33-114,793=0,537 мм
Smin=Dmin-dmax=115,11-114,88=0,23 мм
TS=Smax-Smin=0,537-0,23=0,307 мм
Проверка: Ts=Td+TD=0,087+0,22=0,307 мм Расчет верный.
д) По размеру соединения () определить характер соединения (группу посадки).
Решение:
25
Отверстие Вал
D=25 мм d=25 мм
ES=+0,021 EI=0 es= +0,040 ei= -0,073
Dmax=D+ES=25+0,021=25,021 dmax=d+es=25+0,040=25,04
Dmin=D+EI=25+0=25 dmin=d+ei=25+(-0,073)=24,927
TD=Dmax-Dmin= Td=dmax-dmin=25,04-24,927=0,113мм
=25,021-25=0,021 мм
25 Переходная посадка. Может быть как зазор так и натяг.
Библиографический список
1. Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г. Технология термической обработки. - М.: Металлургия, 1986.
2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. - М.: Металлургия, 1989.
3. Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение. - М.: Высш. шк., 1990.
4. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин А.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1981
5. Лахтин Ю.М. Основы материаловедения. - М.: Металлургия, 1988.
6. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1990.
7. Материаловедение./ Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др. Под ред. Б.Н. Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1986.
8. Материаловедение и конструкционные материаалы. \ Л.М. Пинчук и др. Минск: Высш. шк., 1989.
10. Материаловедение и технология металлов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др. - М.:Высш.шк., 2002.
11. Металловедение / А.И. Самохоцкий, М.Н. Кунявский, Т.М. Кунявская и др. - М.: Металлургия, 1990.
12. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник. Т.1, Т.2, Т.3 - М.: Металлургия, 1983.
13. Мозберг Р.К. Материаловедение. - М.: Высш. шк., 1991.
14. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. - М.: Металлургия, 1986.
15. Технология металлов и материаловедение /Б.В. Кнорозов, Л.Ф. Усова, А.В. Третьяков и др. - М.:Металлургия, 1987.
16. Технология металлов и конструкционные материалы, / Б.А. Кузьмин, Ю.Е. Абраменко, М.А. Кудрявцев и др. - М.: Машиностроение,1989.
17. Материалы с информационного сайта:
http://www.svarkainfo.ru/rus/technology/otherwelding/diffusion/
http://www.svarkainfo.ru/rus/technology/otherwelding/coldwelding/
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Сущность и назначение термической обработки металлов, порядок и правила ее проведения, разновидности и отличительные признаки. Термомеханическая обработка как новый метод упрочнения металлов и сплавов. Цели химико-термической обработки металлов.
курсовая работа [24,8 K], добавлен 23.02.2010Классификация и применение процессов объемного деформирования материалов. Металлургические и машиностроительные процессы обработки металлов давлением. Методы нагрева металла при выполнении операций ОМД. Технология холодной штамповки металлов и сплавов.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 20.08.2015Основы технологии термической обработки металлов и сплавов. Термическая обработка - этап технологического процесса изготовления деталей. Улучшение обрабатываемости материалов давлением или резанием. Формирования технических и электрических свойств.
реферат [53,8 K], добавлен 20.01.2009Исследование основных видов термической обработки стали: отжига, нормализации, закалки, отпуска. Изучение физической сущности процесса сварки. Технологический процесс электродуговой и электрошлаковой сварки. Пайка и состав оловянно-свинцовых припоев.
реферат [193,4 K], добавлен 22.03.2013Основные понятия литейного производства. Особенности плавки сплавов черных и цветных металлов. Формовочные материалы, смеси и краски. Технология изготовления отливок. Виды и направления обработки металлов давлением. Механизмы пластической деформации.
презентация [4,7 M], добавлен 25.09.2013Описание технологии производства чугуна и стали: характеристика исходных материалов, обогащение руд, выплавка и способы получения. Медь, медные руды и пути их переработки. Технология производства алюминия, титана, магния и их сплавов. Обработка металлов.
реферат [101,6 K], добавлен 17.01.2011Сущность и назначение диффузионной металлизации. Виды диффузионной металлизации. Температура рекристаллизации меди и свинца. Явление наклепа металлов. Схема резания при зенкеровании. Превращения в твердом состоянии. Обработка давлением чистых металлов.
контрольная работа [242,6 K], добавлен 08.04.2014Рассмотрение правил проведения макро- и микроанализа металлов и сплавов, определению твердости, исследованию структур и свойств сталей и чугунов, цветных сплавов и пластмасс. Практические вопросы термической и химико-термической обработки металлов.
учебное пособие [4,4 M], добавлен 20.06.2012Физико-химические основы термической и химико-термической обработки материалов. Структуры и превращения в системе железо-углерод. Защитно-пассивирующие неорганические и лакокрасочные покрытия. Основы строения вещества. Кристаллизация металлов и сплавов.
методичка [1,2 M], добавлен 21.11.2012Термическая обработка металлов и ее основные виды. Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении. Основы химико-термической обработки. Цементация, азотирование, нитроцементация и цианирование, борирование и силицирование стали.
реферат [160,5 K], добавлен 17.12.2010
