Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Ответы по ТКМ - файл 1.doc


Ответы по ТКМ
скачать (178.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc179kb.15.12.2011 07:32скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Виды металлургический процессов.

Металлургические процессы характеризуются по виду потребялемости энергии:

1.Пирометаллургические-сжигание топлива

2.гидрометаллургичесике –выщелачивание металла

3.электрометаллургические-электроэнергия

4.химикометаллургические- получение титана

Материалы для произв-ва Ме и сплавов.

Для произв-ва чугуна исп. руду,флюсы,топливо,огнеупорные материалы. Промыш-ая руда- это природное минер-ое образование содерж-ее какой-либо Ме или неск-ко Ме кот. эконом-и целесообразно использовать. В зависимости от содержания полезного элемента руды бывают богатые и бедные. Основные операции в подготовке руд:1.Дробление 2.Сортировка 3.Обогощение 4.Обжиг 5.Спекание.

Флюс-материал загружаемый в плавильню для образования шлаков(Ш). Шлак имеет плотность меньшую чем расплавл-й Ме. Ш бывают основные(известняк CaCO3, доломит CaCO3*MgCO3) и кислый (кремнезём SiO2).

В металлургии исп-ют в основном кокс, мазут, природный газ, доменный газ. Основой топлива явл. углерод при сгорании которого выделяется энергия.

Огнеупорность материала - это способность противостоять не расплавляясь воздействию температуры. По хим-им св-вам огнеупорные материалы делят на кислые, основные, нейтральные. Материалы содерж-ие большое количество кремнезёма- кислые. Материалы содерж-ие основные оксиды- основные (магнезитовый кирпич).


^ Основы получения чугуна из железных руд. Исходные материалы и конечные про­дукты доменного производства. Виды доменных чугунов.
Железными рудами называются такие природные соединения, из которых при современном состоянии металлургии возможно и экономически выгодно получение железа. Руды, содержащие свыше 50% железа, называются богатыми, до 50% железа — бедными. В зависимости от вида окислов железа руды под­разделяются на красный, магнитный, бурый и шпатовый железняки.

Красный железняк (гематит) содержит железо (45—60%) в ви­де безводной окиси Fe2O3. Пустая порода состоит главным образом из кремнезема SiO2 и известняка СаСО3. Красные железняки явля­ются основными в нашей стране железными рудами по мощности месторождений и по количеству выплавляемого из них чугуна. Они отличаются хорошей восстановимостью железа и содержат мало вредных примесей (S и Р).

Магнитный железняк (магнетит) содержит железо (до 70%) в виде окисла Fe304 и обладает магнитными свойствами. Встречается как в чистом виде, так и с примесями серы (железный колчедан) или фосфора (апатиты). Пустая порода состоит преимущественно из SiO2.

Бурый железняк содержит в себе водную окись железа 2Fe2O3X. ХЗН2О; железа в нем около 20%. Пустая порода имеет разнообраз­ный состав, содержит серу и фосфор.

Шпатовый железняк (сидерит) содержит железо (30—40%) в виде карбоната FeCO3. В состав пустой породы входят SiO2, А12О3, MgO.

Руда, идущая для плавки в доменных печах, должна удовлет­ворять следующим требованиям: 1) максимальное содержание же­леза; 2) минимальное содержание вредных примесей —5 и Р; 3) легкая восстановимость; 4) достаточная пористость; 5) надлежа­щий химический состав пустой породы; 6) обогатимость.


^ Технологический процесс получения чугунов в доменном производстве.
Доменный процесс заключается в восстановлении окислов же­леза, содержащихся в руде, и в ошлаковании пустой породы. Вос­становителем является окись углерода и твердый (сажистый) угле­род. Изменения, происходящие в потоке опускающихся твердых материалов и поднимающихся газов при их взаимодействии, рас­смотрим отдельно, с учетом температурных зон доменной печи

В газах, поднимающихся снизу вверх, наблюдаются следую­щие процессы.

1. Горение топлива: С + О2 = СО2.

2. Восстановительные реакции (при t> 1000°). Образовавшийся при сгорании кокса углекислый газ восстанавливается углеродом раскаленного кокса до окиси углерода: СО2 + С = 2СО.

3. Выделение сажистого углерода (вследствие понижения тем­пературы) при 400—550

В шихте, опускающейся сверху вниз, протекают следующие процессы.

1. Испарение влаги и гидратной воды (при / = 100—500°).

2. Разложение углекислых солей (при t = 300—900°).

3. Удаление летучих веществ (при t = 400 — 900°).

4. Восстановление окислов железа (при t = 500 — 1100°).

5. Науглероживание железа и образование чугуна (t> 1200o):

6. Восстановление окислов Мп, Si, P. Восстановление окислов Si, Mn, P позволяет получить чугун с определенным содержанием этих элементов.

7. Удаление серы.

Приведенные выше схемы химических процессов, происходя­щих в доменной печи, показывают, что доменный процесс по харак­теру протекающих реакций является восстановительным.

^ Способы получения стали, их достоинства и недостатки; перспективы развития в ближайшие
годы.


Выплавка стали в кислых конверторах. Сущность способа (на­зываемого по фамилии изобретателя бессемеровским) заключается в том, что струя воздуха продувается через расплавленный чугун и окисляет входящие в него примеси С, Mh, Si и частично Fe, которые после окисления переходят в шлак в виде окислов либо удаляются в виде газов. Окисли­тельные реакции сопровождаются выделением значительного количества тепла, что приводит к повышению темпе­ратуры чугуна от 1300 до 1700—1750°.

Достоинства: 1) высокая производитель­ность; 2) незначи­тельные эксплуатационные расходы; 3) отсутствие необходи­мости в топливе, так как процессы протекают за счет теплоты выгорания примесей.

Недостатки: 1) невозможность пере­работки стального лома; 2) большая скорость процесса, которая ограничивает воз­можность управления им, что затрудняет получение стали опреде­ленного химического состава; 3) ограничение состава продуваемого чугуна; чугуны с промежуточным содержанием фосфора перерабатываться не могут; 4) отрицательное влияние газовых включений на физико-механи­ческие свойства стали.

Выплавка стали в электропечах.
В зависимости от футеровки различают кислые и основные электропечи. Собственно все виды передела чугуна на жидкую сталь являются процессами рафиниро­вания, заключающимися в том, что находящиеся в чугуне в качест­ве примесей эле­менты (углерод, кремний, марганец и др.) подвер­гаются окислению кислородом воздуха или соединениями, легко отдающими кислород. При этом получаются газообразные или жид­кие окислы, не растворяющиеся в металле или растворяю­щиеся в очень ограниченном количестве. Газообразные соединения уходят в атмосферу, а жидкие образуют шлаки, всплывающие благодаря меньшему удельному весу на поверх­ность металла и таким образом отделяющиеся от него.


Получение стали в мартеновских печах. Особенности процесса, разновидности процесса по составу шихты и обмуровке печей. Преимуще­ство и недостатки мартеновского процесса.
Мартеновский способ позволя­ет использовать значительное количество стального и железного лома. В 1865 г. для этой цели впервые была применена регенератив­ная печь. Необходимость применения регенераторов объясняется тем, что холодное топливо при сгорании в холодном воздухе раз­вивает температуру до 1400°. При подогреве топлива и воздуха примерно до 1000° температура пламени повышается до 1800°, что достаточно для ведения процесса.

Разновидности мартеновского процесса. В зависимости от ма­териала, из которого изготавливается под печи, мартеновский про­цесс может быть основным или кислым. В основных печах под вы­кладывается из магнезитового кирпича и наваривается магнезитом или доломитом. В кислых печах под выкладывается из динасового кирпича и наваривается слоем кварцевого песка.

В зависимости от применяемой шихты различают рудный про­цесс и скрап-процесс.

В первом случае шихта состоит из жидкого чугуна, лома и ру­ды. Количество чугуна в шихте 70—90%. Чистая железная руда в количестве до 20% применяется для окисления примесей. Обычно рудный процесс ведется в основных печах и дает главную массу всей производимой стали. При скрап - процессе шихта состоит из значительного количе­ства скрапа (60 — 85%) и меньшего количества чугуна (15 — 40%). Последний загружается обычно в твердом виде. Вследствие зна­чительного окисления шихты в период плавления и небольшого количества примесей, которое нужно удалить из шихты, руда в печь подается в небольшом количестве. Скрап-процесс распространен на заводах, не имеющих доменных печей. Большое распространение получил скрап-рудный процесс, ко­торый ведется на шихте, состоящей из 40 — 60% скрапа и 40 — 60% чугуна в жидком виде. В шихту входит также железная руда.
^ Способы повышения качества стали:

-электрошлаковый: этот способ нашел наибольшее распространение в связи с его простотой и экономичностью. Его сущность заключается в том ,что через предварительно изготовленный расходуемый электрод, погруженный в шлаковую ванну, пропускают электрический ток.

По сравнению с металлом шлак имеет значительно большее сопротивление и в нем выделяется тепло, необходимое для повышения температуры и оплавления электрода. Металл каплями стекает через шлак вниз, образуя под шлаком металлическую ванну. При ЭШП используются известково-фтористые шлаки с небольшими добавками Al2O3, обладающие высокой рафинирующей способностью. При капельном переносе через такой шлак металл дополнительно очищается от вредных примесей, газов и неметаллических включений. Этот псс осуществляется в медном водо-охлаждаемом кристаллизаторе, где металл затвердевает. Медленная кристаллизация жидкой ванны обеспечивает получен плотного однородного металла. Методом ЭШП переплавляют слитки в десятки тонн

-вакуум-дуговой переплав: сущность метода в том,что переплав происходит в вакууме под действием дуг, возникающих между расходуемым электродом и формирующимся слитком, находящимся в водоохлаждаемом кристаллизаторе. Порядок работы следующий:устанавливает расходуемый электрод,собирают кристаллизатор, герметизируют печь, откачивают систему до давления примерно 1 Па, зажигают дугу между электродом и спец. Затравкой. Начинается процесс формирования ванны. Капли металла падая в вакууме, дегазируются. Условия затвердевания при ВП близки к ЭШП. В результате образуется плотный однородный слиток. Усадочная раковина мала по объему и располагается в самой верхней части слитка. Методом ВДП можно переплавлять слитки массой в десятки тонн. Однако этот метод сложен в своем аппаратурном выполнении и достаточно дорог.

-обработка синтетическими шлаками: Перемешивание металла со специально приготовленным (синтетическим) шлаком интенсифицирует переход в шлак тех вредных примесей, которые должны удаляться в шлаковую фазу (сера, фосфор, кислород). В тех случаях, когда основную роль в удалении примеси выполняет шлаковая фаза, скорость процесса пропорциональна площади межфазной поверхности.

Основными требованиями, предъявляемыми к синтетическим известково-глиноземистым шлакам, являются минимальная окисленность (это обеспечивает хорошие условия для раскисления стали и ее десульфурации) и максимальная активность СаО (это обеспечивает хорошие условия для десульфурации стали).

^ Литье.

Литниковая система.Это система ,каналов через которые расплавленный металл подают в полость формы. Обеспечивает заполнение форм с заданной скоростью. Задержание шлака не Ме включениях , выход газов и паров из полости формы, непрерывную подачу расплавленного Ме в затвердевающие отливки .

Основные элементы лин. Сист.

1.Литниковая чаша (воронка) предназначена для приема расплава из разливочного ковша и задержание шлаков.

2.Стояк – вертикальный канал, передающий расплав из литниковой чаши к другому элементу лит. Системы.

3.шлакоуловитель – горизонтальный канал, который служит для задержания шлака и передачи расплава от стояка к питателю

4.Питатель – каналы для подачи расплава в пол лит. Формы. Должны обеспечить пост. плавное поступление. Обычно нижний пол.

5.Выпор служит для отвода газов из полости форм, для контроля окончания заливки.

6.Коллектор – распределительный канал для направления расплава к разным частям отливки. Расположен горизонтально по разъему формы

7.Прибыль – для компенсации усадки

^ Схема технологического процесса производства отливок в разовых песчано-глинистых формах: Отливка получается в результате заполнения полости литейной формы жидким металлом. После заливки жидкий металл охлаждается в форме и затвердевает, образуя отливку.Последовательность технологического процесса изготовления отливки рассмотрим на примере отливки чугунной втулки. По чертежу втулки изготовляют деревянную модель.Модель — это приспособление для получения в форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. Модели делают из дерева, металла, гипса, пластмассы и других материалов.Литейную форму называют разовой, так как ее используют однократно. Обычно разовые литейные формы изготовляют из формовочных смесей, основной составляющей которых является кварцевый песок. В качестве связующей добавки, придающей прочность смеси, используют глину. Прочность таких смесей относительно невысока, а давление жидкого металла на стенки формы достаточно велико, поэтому формы из песчано-глинистых смесей приходится делать толстостенными. Однако, если в качестве связующего использовать специальные материалы, придающие высокую прочность формовочной смеси, то литейную форму можно сделать оболочковой (тонкостенной). Это позволяет резко сократить расход формовочной смеси, а также благодаря ее особым свойствам повысить точность и чистоту поверхности отливок.

В разовых толстостенных формах из песчано-глинистых смесей можно получать отливки весьма сложной конфигурации массой от нескольких граммов до десятков тонн из различных сплавов как в условиях единичного, так и серийного и массового производства. Это объясняется относительной простотой технологического процесса, дешевизной используемых материалов, достаточной точностью отливок, хорошей чистотой поверхности, возможностями механизации и автоматизации процесса их изготовления.

^ Литейные свойства металлов и сплавов.

Литейные свойства сплавов. Не все сплавы в одинаковой степени пригодны для изготовления фасонных отливок. Из одних сплавов (серого чугуна, силумина) можно легко изготовить отливку сложной конфигурации, а из других (титановых сплавов, легированных сталей и др.) получение отливок сопряжено с определенными трудностями. Получение качественных отливок без раковин, трещин и других дефектов зависит от литейных свойств сплавов. К основным литейным свойствам сплавов относят жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение и ликвацию.

Жидкотекучесть — способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. При высокой жидкотекучести литейные сплавы заполняют все элементы литейной формы, при низкой — полость формы заполняется частично, в узких сечениях образуются недоливы. Жидкотекучесть спла-вов определяют по специальным пробам (спиральным или прутковым), отливаемым в различных формах. Жидкотекучесть оценивается длиной полученной спирали или прутка в миллиметрах.

Усадка — свойство металлов и сплавов уменьшать объем при охлаждении в расплавленном состоянии, в процессе затвердевания и в затвердевшем состоянии при охлаждении до температуры окружающей среды. Изменение объема отливки зависит от химического состава сплава, температуры заливки, конфигурации отливки и других факторов. Различают объемную и линейную усадки, выражаемые в процентах.

В результате объемной усадки появляются усадочные раковины и усадочная пористость в массивных частях отливки. Для предупреждения образования усадочных раковин устанавливают прибыли — дополнительные резервы с расплавленным металлом и холодильники.

Ликвация возникает в рез-те того, что сплавы, в отличие от чистых металлов, кристаллизуются не при одной темп-ре, а в интервале темп-р. При этом состав кристаллов, образ, в начале затвердевания, может существ, отличаться от состава последних порций кристаллиз. маточного р-ра. Чем шире темп-рный интервал кристаллизации сплава, тем большее развитие получает л., причем наиб, склонность к ней проявляют те компонеты сплава, к-рые наиб, сильно влияют на ширину интервала кристаллизации
^ Специальные формы литья.

-литье в металлические формы(в кокиль)

Кокиль - металлическая форма, которая заполняется расплавом под действием гравитац-ых сил. В отличие от разовой песчаной формы кокиль может быть использован многократно. Т.о. сущн-ть литья в кокили состоит в прим-ии металлических материалов для изготовления многократно использ-ых литейных форм, металлические части которых составляют их основу и формируют конфигурацию и свойства отливки.

Практически все операции могут быть выпол-нены механизмами машины или автоматической установки, что является существенным преиму-ществом способа, и, конечно, самое главное - исключается трудоемкий и материалоемкий процесс изготовления формы: кокиль используется многократно.

^ Особенности формирования и качество отливок. Кокиль - металлическая форма, обладаю-щая по сравнению с песчаной значительно большей теплопроводностью, теплоемкостью, прочностью, практически нулевыми газопроницаемостью и газотворностью. Эти свойства материала кокиля обусловливают рассмотренные ниже особенности его взаимодействия с металлом отливки.

Преимущества литья в кокиль:

1. Повышение производительности труда в результате исключения трудоемких операций смесеприготовления, формовки, очистки отливок от пригара.

2. Повышение качества отливки, обусловленное использованием металлической формы, повышение стабильности показателей качества: механических свойств, структуры, плотности, шероховатости, точности размеров отливок.

3. Устранение или уменьшение объема вредных для здоровья операций выбивки форм, очистки отливок от пригара, их обрубки, общее оздоровление и улучшение условий труда, меньшее загрязнение окружающей cреды.

4. Механизация и автоматизация процесса изготовления отливки, обусловленная многократностью использования кокиля.

5. Физико-химическое взаимодействие металла отливки и кокиля минимально, что способствует повышению качества поверхности отливки.

Недостатки литья в кокиль:

1. Высокая стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его изготовления.

2. Ограниченная стойкость кокиля, измеряемая числом годных отливок, которые можно получить в данном кокиле. От стойкости кокиля зависит экономическая эффективность процесса.

3. Сложность получения отливок с поднутрениями, для выполнения которых необходимо усложнять конструкцию формы - делать дополнительные разъемы, использовать вставки, разъемные металлические или песчаные стержни.

4. неподатливый кокиль приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда к трещинам.

Этот способ литья применяют как правило в серийных и массовых производствах.


-Литье под давлением:


К литью под давлением относят способы литья, сущность которых заключается в том, что заполнение полости формы расплавим и затвердевание отливки происходит под действием избыточного давления воздуха или газа.

При этом способе расплавленный металл падают в металлическую пресс-форму под принудительным давлением. Это позволяет лучше заполнить форму со сложной конфигурацией. с толщиной стенки 1-3мм. Для создания давления используется машины поршневого и компрессорного действия ( с помощью воздуха ). В поршневых машинах с горячей камерой : жидкий металл из ковша заливают в тигель или ванну, которая подогревается и поддерживает температуру расплавленного металла. В ванне смонтирована камера сжатия с поршнем и соединена каналом с пресс-формой. После затвердевания в пресс-форме металла поршень отводят в исходное положение. Давление 10-100 атмосфер. Машина с горячей камерой сжатия используют для изготовления отливок с температурой плавления сплава до 450 градусов. ( цинковые, свинцовые, оловянные сплавы). В поршневых машинах с холодной камерой сжатия расплавленный металл заливают в присущий цилиндр в строго дозированном количестве, который соответствует массе отливки. В этом случае применяют машины с вертикальной и горизонтальной камерой сжатия. машины с горизонтальной камерой сжатия наиболее широко используются в промышленности, так как здесь отсутствует контакт расплавленного металла с внешней средой, позволяет развивать усилия до 2000 атмосфер и получать отливки с более высокой температурой

Приложение давления на затвердевающий расплав позволяет улучшить условия питания, усадки отливки, повысить ее качество - механические свойства и герметичность. В рассматриваемых процессах после заполнения формы давление действует на расплав, который из тигля через металлопровод поступает в затвердевающую отливку и питает ее. Благодаря этому усадочная пористость в таких отливках уменьшается, плотность и механические свойства возрастают.
-^ Центробежное литье

Центробежное литье — процесс получения отливок из расплавленного металла во вращающихся формах. Формиро­вание отливки осуществляется в поле действия центробежных сил, что измельчает их структуру, очищает расплав от неме­таллических включений, повышает меха­нические свойства и герметичность отливок. Центробеж­ным литьем изготовляют отливки на специальных маши­нах с горизонтальной или вертикальной осями вращения.

В машинах с горизонтальной осью вращения (рис.а) рас­плавленный металл из ковша 1 заливают по специальному желобу 2 во вращающуюся форму 3 с частотой вращения 200—1400 мин-1. Попадая на вну­тренние стенки формы, жидкий металл образует полую цилиндрическую отливку 4, которую после затвердева­ния извлекают из формы. На таких машинах получают детали и заготовки типа труб, втулок, гильз.

На машинах с вертикальной осью вращения (рис. б) расплав­ленный металл из ковша / заливают во вращающуюся форму 2 с частотой вращения 160— 500 мин-1. Растекаясь по дну изложницы, металл увле­кается центробежными силами и прижимается к боковой цилиндрической стенке, образуя вокруг нее кольцевой слой 3. Форма вращается до полного затвердевания ме­талла, после чего форму останавливают и из нее извле­кают отливку. На таких машинах получают отливки небольшой высоты, но большого диаметра: кольца, венцы зубчатых колес.

-^ Литье по выплавляемым моделям


Широко используется в электрической и радиоэлектронной промышленности для изготовления отливок сложной конфигурации, массой от нескольких грамм до 10 кг. Из сплавов практически любых составов. Это литье отличается от других способов тем, что отливки изготавливают в неразъемных формах, выполненных по точным и разъемным моделям. Материал формы в виде суспензии, наносится на модель из легко плавкого модельного состава и образует керамическую оболочку. Формы являются тоже разовыми.

Изготовляется пресс-форма. Пресс-форма заполняется модельной массой: парафин + воск + стеарин. В одной пресс-форме объединяют от 1 до 100 моделей. Затем эти модели соби-рают в блок (ёлка) и прикрепляют к стояку. Потом блок погружа-ют в суспензию, состоящую из пылевидного кварца и электроко-рунда. Далее модельные блоки сушат на воздухе или в среде аммиака- образуется несколько слоёв ( до 15).Модельную массу удаляют из формы путём выплавления в горячей воде. Она вытекает и образуется оболочка. Оболочку просушивают при t=200 . Затем всю оболочку прокаливают при t=900. После этого в оболочку заливают расплавленный металл и получают готовую отливку.

Припуск на механическую обработку составляет 0,2-0,7 мм. Заливка расплавленного металла в горячие формы позволяет получать сложные по конфигурации отливки с толщиной стенки 1-3 мм и массой от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов из жаропрочных труднообрабатываемых сплавов (турбинные лопатки), коррозионно-стойких сталей (колёса для насосов), углеродистых сталей в массовом производстве (в автостроении, приборостроении и т.д.).

-^ Литье в оболочковые формы

Литье в оболочковые формы применяется для получения отливок массой до 100 кг из чугуна, стали и цветных металлов. Формовочную смесь приготавливают из мелокозернистого кварцевого или цирконового песков перемешиванием с термореактивными связующими материалами. Модельную плиту нагревают до 200-250 С0.

Формовочную смесь насыпают на модельную плиту и выдерживают 10-30с. Под действием теплоты исходящей от модельной плиты, термореактивная смола плавится и через 15...25 с на модели образуется оболочка (полуформа) нужной толщины. модельная плита с полутвердой оболочкой помещается в печь для окончательного твердения при температуре 300...400 °С в течение 40...60 с. При помощи специальных выталкивателей полуформа легко снимается с модели. Скрепление (сборка) полуформ осуществляется металлическими скобами, струбцинами или быстротвердеющим клеем. Аналогичным способом изготовляют песчано-смоляные стержни для пустотелых отливок.

Собранные оболочковые формы для придания им большей жесткости помещают в опоки, засыпают снаружи чугунной дробью или сухим песком и заливают металлом, После затвердевания отливки оболочковая форма легко разрушается.

Отливки, изготовленные в оболочковых формах, отличаются большой точностью и чистотой поверхности, что позволяет на 20...40 % снизить массу отливок и на 40...60 % трудоемкость их механической обработки.

Дефекты литья и причины его появления. Методы борьбы с дефектами литья

Все дефекты литья делятся на :

1. Нарушение целостности металла в отливке: усадочные раковины, усадочная пористость, трещины, газовые раковины, шлаковые и земляные раковины, выломы, спаи.

2. Нарушение геометрии отливки: обвалы и заливы, коробле­ние, раздутие.

3. Недостаточная чистота поверхности: пригар, ужимы.

4. Несоответствие заданной структуре металла: отбел, недоста­точные твердость и упругость.

Дефекты первой группы исправляются с помощью заварки, металлизации, бакелизации или пропитки отливки специальными составами. Иногда при изготовлении крупных отливок прибегают к замене дефектного участка врезной вставкой соответствующего профиля. Дефекты второй и третьей групп устраняются механиче­ской обработкой, четвертой — термообработкой (отжигом или нор­мализацией).

Наиболее распространенными и трудно устранимыми являются дефекты первой группы.

Зная причину возникновения литейных дефектов, можно указать меры их предупреждения.

В зависимости от указаний стандартов или технических усло­вий, учитывающих назначение отливок, дефект может быть допу­стим без исправления, допустим при условии его исправле­ния или совершенно недопустим (служит причиной для бра­ковки).

Характерным для отливок из серого чугуна дефектом является отбел — наличие в различных частях отливки твердых, не поддаю­щихся механической обработке мест со светлой лучистой поверхностью излома. Отбел объясняется присутствием в чугуне структурно свободного цементита Fe3C и является следствием быстрого охлаждения металла, повышенного содержания в нем марганца или серы, ранней выбивки отливки из формы.

^
Основы технологии обработки металлов давлением традиционных и новых сплавов

Физическая основа обработки металлов давлением. (О.М.Д.)

О.м.д. основана на пластичности металлов, т.е. свойстве пластической деформации – является физ. основой .м.д. основана на пластичности металлов, т.е. м.

ков килограммов из жаропрочных труднообраьатываемых спалвов процесса о.м.д.

Пластической деформацией называется способность материала необратимо изменять свою форму без разрушения под воздействием внешних сил.

Существует такие механизмы пласт. деформ-и:

1 диффузионный под действием приложенных напряжений начинается направленный диффуз-ый массовый перенос приводит к уменьшению сечения проходит при больших температурах.

2 Сдвиговой заключается в упорядоченном смещении отдаленных частей кристалла под действием внешних сил не зависимо от температуры. Два способа скольжение и двойнокование..

3.Зернограничное скольжение. Зерна по границам движутся относительно руг друга.

О.м.д можно изготовить заготовки максимально близкие по форме и размерам готовой детали – эти детали называются штамповка или поковка.

Уровень механических свойств штамповки существенно выше свойств отливки.

Пластическая деформация может быть холодной или горячей (0,6-0,8 ) Tпл , или сверхпластическая (0,4-0,8) Tпл.

Отличительной особенностью холодной деформации является значительное упрочнение – наклёп.

Горячая деформация осуществляется в температурном интервале протекания рекристаллизации. Ей также как и холодной деформации присуще текстурирование материала и заметное упрочнение с увеличением степени деформации. Степень деформации может быть допущена в строго ограниченных пределах, превышение которых сопровождается появлением трещин и других дефектов. При горячей деформации сопротивление деформации в 10 раз < , а пластичность > чем при холодной.

При сверхпластической деформации сопротивление деформации снижается ещё в 10 раз по сравнению с горячей. Наибольшее течение металла идёт в направлении наименьших напряжений. Растягивающие напряжения повышают жёсткость схемы и снижают пластичность обрабатываемого сплава.

Достоинства СПФ :1) Возможность получения за один технологический переход заготовок изделий сложной формы не простым оборудованием.2)Отсутствует необходимость в верхнем формообрем. штампа. Применение СПФ эффективно для изделий сложной формы, больших размеров, имеющих криволинейные поверхности(обшивки корпуса самолета, рефлекторы радиатора и топливные баки).Основными материалами для СПФ формовки являются Al, Ti, нержавеющие стали. СПФ – Наиболее экономически эффективно для условий мелкосерийного производства в кол-ве от 500 до 20000 шт. в год
^

Температурный интервал. Нагрев металла


аготовки перед обработкой давлением нагревают для повышения пластичности металла, в результате чего его сопротивление деформации уменьшается в 10—15 раз по сравнению с холодным состоянием.

Чем больше нагрета сталь, тем меньше энергии затрачивают на ее деформацию. Однако нельзя допускать пережог, который наблюдают при нагреве, близком к температурам солидуса.

Температурные интервалы обработки давлением зависят главным образом от химического состава сплавов.

Температурный интервал деформации углеродистых сталей определяют по диаграмме состояния сплавов железо — углерод.

Чтобы подсчитать время, необходимое для нагрева заготовок, используют эмпирические формулы, разработанные Н. Н. Доброхотовым.

Металлические заготовки для горячей обработки давлением нагревают в горнах и печах.

В серийном производстве для нагрева заготовок применяют пламенные и электрические печи. Пламенные печи работают на твердом, жидком и газообразном топливе. В них нагревают как мелкие, так и крупные заготовки. По характеру распределения температуры в рабочем пространстве печи делят на камерные (температура во всем рабочем пространстве одинакова) и методические (температура в рабочем пространстве повышается от загрузочного окна к окну выдачи нагретых заготовок). В пламенных печах заготовки соприкасаются с продуктами горения, поэтому металл угорает. Для исключения или уменьшения образования окалины применяют безокислительный нагрев металла в расплавленных солях, в среде защитных газов, в муфельных печах, защищают поверхность заготовки специальными покрытиями из стекла, окиси лития.

Электрические печи сопротивления имеют металлические или карборундовые элементы сопротивления, которые подключают к электрической сети. Печи чаще применяют для нагревания цветных металлов и сплавов, имеющих невысокую температуру начала обработки давлением. В таких печах температуру можно регулировать. Кроме электрических печей сопротивления существуют контактные и индукционные электронагревательные устройства. В устройствах электроконтактного нагрева заготовку зажимают между медными контактами, к которому подведен ток большой силы. В устройствах индукционного нагрева заготовку помещают в индуктор, по которому пропускают ток высокой частоты. Применение электричества обеспечивает высокую скорость нагрева, удобства регулирования температуры, минимальное окисление металла, автоматизацию процесса.
Ковка

Ковка- вид горячей обработки металлов давлением, при котором металл деформируется с помощью универсального инструмента. Нагретую заготовку укладывают на нижний боек и верхним бойком последовательно деформируют отдельные её участки. Металл свободно течет в стороны, не ограниченные свободными поверхностями инструмента, в качестве которого применяют плоские или фигурные (вырезные) бойки, а также различный подкладной инструмент.

Ковкой получают заготовки для последующей механической обработки. Эти заготовки называют коваными поковками, или просто поковками.

Ковка является единственно возможным способом изготовления тяжелых поковок (до 250 т) типа валов гидрогенераторов, турбинных дисков, коленчатых валов судовых двигателей, валков прокатных станков и т.д.

К основным операциям ковки относятся осадка, протяжка, прошивка, отрубка, гибка.

Осадка - операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения.

Протяжка - операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения.

Прошивка - операция получения полостей в заготовке за счет вытеснения металла.

Отрубка - операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента- топора.

Гибка - операция придания заготовке изогнутой формы по заданному контуру .

^ Горячая объемная штамповка

Объемной штамповкой называют процесс получения поковок, при котором формообразую-щую полость штампа, называемую ручьем, принудительно заполняют металлом исходной заготовки и перераспределяют его в соответствии с заданной чертежом конфигурацией.

Применение объемной штамповки оправдано при серийном и массовом производстве. При использовании этого способа значительно повыш-ся производительность труда, снижаются отходы металла, обеспечиваются высокие точность формы изделия и качество поверхности.

Исходным материалом для горячей объемной штамповки являются сортовой прокат, прессован-ные прутки, литая заготовка, в крупносерийном производстве – периодич-ий прокат, что обеспеч-т сокращение подготовительных операций.

В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых(а) и закрытых(б) штампах

Штамповка в открытых штампах харак-ся переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла – облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высокие требования к точности заготовок по массе.

Штамповка в закрытых штампах (рис.13.2.б) характеризуется тем, что полость штампа в процесс деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа постоянный и небольшой, образование в нем облоя не предусмотрено. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют.

Существенное преимущество штамповки в закрытых штампах – уменьшение расхода металла из-за отсутствия облоя. Поковки имеют более благоприятную структуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не перерезаются в месте выхода металла в облой. Металл деформируется в условиях всестороннего неравномерного сжатия при больших сжимающих напряжениях, это позволяет получать большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы.
Открытая и закрытая штамповка
В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых(а) и закрытых(б) штампах



Штамповка в открытых штампах (рис.13.2.а) характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла – облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высокие требования к точности заготовок по массе.

Штамповка в закрытых штампах (рис.13.2.б) характеризуется тем, что полость штампа в процесс деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа постоянный и небольшой, образование в нем облоя не предусмотрено. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют.

Существенное преимущество штамповки в закрытых штампах – уменьшение расхода металла из-за отсутствия облоя. Поковки имеют более благоприятную структуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не перерезаются в месте выхода металла в облой. Металл деформируется в условиях всестороннего неравномерного сжатия при больших сжимающих напряжениях, это позволяет получать большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы.
^ Прокатка металлов .сущность , основные схемы прокатки

Прокатке подвергают до 90% всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. При прокатке металл пластически деформируется вращающимися валками. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными . Кроме наиболее распространенного вида прокатки- продольной выделяют еще 2 вида- поперечную и поперечно-винтовую. При поперечной прокатке валки, вращаясь в одном направлении, придают вращение заготовке и деформируют ее. При поперечно-винтовой прокатке валки расположены под углом и сообщают заготовке вращательное и поступательное движения. Инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими для прокатки листов, лент, ступенчатыми для прокатки полосовой стали, ручьевыми для получения сортового проката. Использование опорных валков позволяет применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижаются деформирующие силы.

По назначению прокатные станы подразделяют на станы для производства полупродукта—обжимные станы для прокатки слитков в полупродукт крупного сечения, и станы для выпуска готового проката – сортовые, листовые, трубные и специальные. В промышленности для получения заготовок различных деталей широко применяют станы поперечно-винтовой прокатки.
Прессование

При прессовании металл выдавливается из замкнутой полости через отверстие, соответствующее сечению прессуемого профиля. Этим процессом изготовляют не только сплошные профили, но и полые.. в этом случае в заготовке необходимо предварительно получить сквозное отверстие. Часто отверстие прошивают на том же прессе. В процессе прессования при движении пуансона с пресс шайбой металл заготовки выдавливается в зазор между матрицей и иглой. Прессование по рассмотренным схемам называется прямым. Значительно реже применяют обратное прессование, схема деформирования которого аналогична схеме обратного выдавливания. Исходной заготовкой при прессовании служит слиток или прокат. Состояние поверхности заготовки оказывает значительное влияние на качество поверхности и точность прессованных профилей. Поэтому во многих случаях заготовку предварительно обтачивают на станке. Прессованием можно обрабатывать такие специальные стали, цв. Металлы и их сплавы, которые ввиду низкой пластичности другими видами обработки давлением деформировать невозможно. К недостаткам прессования следует отнести большие отходы металла: весь металл не может быть выдавлен из контейнера, и в нем остается так называемый пресс-остаток (до 40% общей массы), который после окончания прессования отрезается от полученного профиля.
Волочение

Волочение — способ обработки металлов давлением, состоящий в протягивании изделий (заготовок) круглого или фасонного профиля (поперечного сечения) через отверстие, сечение которого меньше сечения заготовки.

В результате волочения поперечные размеры изделия уменьшаются, а длина увеличивается. Волочение широко применяется в производстве пруткового металла, проволоки, труб и другого. Производится на волочильных станах, основными частями которых являются волоки и устройство, тянущее через них металл.

Исходными заготовками для волочения служат прокатные или прессованные прутки и трубы из стали, цветных металлов и их сплавов. Волочение труб можно выполнять без оправки (для уменьшения внешнего диаметра) и с оправкой (для уменьшения внешнего диаметра и толщины стенки). Поскольку тянущая сила, приложенная к заготовке, необходима не только для деформирования металла, но и для преодоления сил трения металла об инструмент, эти силы трения стараются уменьшить применением смазки и полированием отверстия в волоке. Обычно для получения необходимых профилей требуется деформация, превышающая допустимую за один проход, поэтому применяют волочение через ряд постепенно уменьшающихся по диаметру отверстий. Но, поскольку волочение осуществляют в условиях холодной деформации, металл упрочняется. Для восстановления пластичности упрочненный волочением металл подвергают промежуточному отжигу. Волочением обрабатывают различные марки стали, цветные металлы и их сплавы. Сортамент изделий, изготовляемых волочением, очень разнообразен: проволока диаметром 0,002 …5 мм и фасонные профили, сегментные, призматические шпонки. Волочением калибруют стальные трубы диаметрами от капиллярных до 200мм, стальные прутки диаметрами 3…150 мм.

Основы технологии сварочного производства

^ Физическая сущность сварки и классификация

Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами, а также пластмассы.

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на растояния, сопостовимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.

В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно – лучевая, лазерная, газовая и др.).

К термомеханическому классу относятся виды сварки, осущ-мые с использованием тепловой энер-гии и давления (контактная, диффузионная и др.).

К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления (ультразвуковая, взрывом, трением, холодная и др.).

^ Свариваемость сталей и ее зависимость от разных факторов.

Мощность теплового источника, используемого для сварки, расходуется на нагрев и плавление основного металла и стержня электрода (или присадочного металла). Распределение температуры в сва­риваемом металле будет весьма сложным, так как оно определяет­ся рядом факторов, из которых важнейшими являются: мощность теплового источника, приходящаяся на единицу нагреваемой пло­щади в единицу времени, физические свойства свариваемого ме­талла, скорость перемещения источника тепла.

Взаимодействие жидкого металла с кислородом и азотом воз­духа также не проходит бесследно. Железо образует с кислородом ряд окислов, из которых наиболее опасно соединение FeO, раство­ряющееся в жидком железе. Наличие кислорода в стали снижает ее прочность и пластичность, уменьшает сопротивление коррозии, сообщает стали красноломкость. На содержание кислорода в ста­ли влияет ряд технологических параметров- длина дуги, сила то­ка, марка электродного покрытия и состав электродного стерж­ня — при дуговой сварке, состав газового пламени — при газовой сварке и т. д.

Высокая температура сварочной дуги приводит к насыщению металла шва азотом воздуха. Образуя в стали нитриды железа Fe2N и Fe4N, азот увеличивает прочность, но резко снижает плас­тичность сварного шва. Резкое снижение прочности и в особенности пластичности сварного соединения ограничивает применение сварки незащищенной дугой.

^ Сварочная дуга. Источники сварочного тока.

Дуга – мощный стабильный разряд электрич-ва в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддержи-вается в процессе ее горения. Процесс зажигания дуги в большин-стве случаев включает в себя три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на расстояние 3-6 мм и возник-новение устойчивого дугового разряда.

^ Характеристики дуги.В отличие от других разрядов в газах сварочная дуга характеризуется низким напряжением (12—40 в), большой плотно-стью тока (800—3000 а/см2), высокой температурой столба дуги (6000— 8000°). На поверхностях металла, между которы-ми заключен столб дуги, температура обычно близка к темпе-ратуре кипения металла. Мощность дуги может меняться от 0,01 до 150 кВт. Высокая температура в зоне дуги ставит ее в ряд мощных тепловых источников, а широкий диапазон мощностей позволяет применять дугу для сварки металлов разных толщин от небольших деталей до тяжелых узлов и конструкций.

^ Источники питания электрической дуги и требова-ния к ним. Кривые внешних характеристик сва-рочной дуги и генератора.

При стационарном горении сварочной дуги между напряжени-ем и силой тока устанавливается зависимость, которая выра-жается статической характеристикой дуги (вольт-амперная характеристика)(рис. 157). Она приведена для широкого диапазона токов и имеет три участка: I — для токов меньше 50 а характеристика падающая, напряжение уменьшается с возрас-танием тока, дуга горит неустойчиво; II — для токов 50—350 а напряжение не меняется с изменением тока, в этом диапазоне ведется ручная дуговая сварка; III —для токов больше 350 а характеристика возрастающая, напряжение повышается вместе с увеличением тока; этот диапазон токов используется при сварке газоэлектрической и под слоем флюса.

Источники питания сварочной дуги. Для пита-ния сварочной дуги может быть применен и постоянный, и переменный ток.

Источник питания сварочной дуги должен об-ладать определенной мощностью для обеспечения устойчивого горения (работа при силе тока более 50 а), давать повышенное напряжение для зажигания дуги, ограничивать ток короткого замыкания, обладать хорошими динамическими свойствами.

^ Электроды для ручной дуговой сварки.

При сварке металлической дугой стержень выполняет функции электрода и присадочного металла. Так как сварной шов представляет собой сплав электродного и основного металла и его механические свойства всецело определяются ими, элек-тродные стержни должны изготавливаться из проволоки, в которой строго выдержан химический состав. Стальную сварочную проволоку изготавливают по ГОСТ 2246—70 и специальным техническим условиям. ГОСТ включает 77 марок сварочной проволоки. Самой распространенной маркой углеродистой проволоки является Св-08. Ее изготавливают холоднотянутой. Особое внимание выбору проволоки следует уделять при сварке специальных сталей. Для ручной дуговой сварки проволока перерабатывается на электроды. Длина электрода колеблется от 250 до 450 мм, а диаметр — от 1 до 12 мм.

При ручной дуговой сварке режим определяется главным образом диаметром, типом электрода и его основными характе-ристиками, а также силой сварочного тока. Диаметр электрода подбирается по преобладающей толщине в сварной конструк-ции, геометрии сварного соединения и условиям отвода теплоты от шва. Тип электрода выбирается в зависимости от технических условий и требований к сварной конструкции.

Материалы применяемые при ручной дуговой сварке.

Наиболее распространенная из дуговых.Питание дуги осуществляется от сварного генератора или выпрямителя постоянного тока или от сварочного трансформатора переменного тока.Состав электродного покрытия обеспечивает защиту от окисления и азотирование металлического шва, и легирование шва для придания ему необходимых механических свойства.
Автоматическая сварка и наплавка под слоем флюса

Автоматическая и полуавтоматическая сварка плавящимся электродом, под слоем флюса или в среде защитных газов дает более стабильный шов с повышением производительности в 2.. .8 раз по сравнению с ручной дуговой сваркой.

Основное промышленное применение находит сварка под флюсом одной вертикально расположенной электродной проволокой сплошного сечения . Нагрев и плавление основного и присадочного металлов происходят за счет тепла, получаемого при преобразовании подводимой к дуге электрической энергии. Дуга возникает между электродной проволокой 2 и основным металлом 3, присоединенным к полюсам источника питания. В качестве такого источника используют специальные однофазные или трехфазные сварочные трансформаторы переменного тока с пологопадающей внешней характеристикой, генераторы и выпрямители с пологопадающей или падающей внешней характеристикой. Сварку на постоянном токе преимущественно ведут при обратной полярности. Возможна сварка и при прямой полярности.

Подвод тока к электродной проволоке и ориентацию ее конца по отношению к свариваемым кромкам осуществляют мундштуком 4. Ток к изделию подводят через неподвижные или подвижные контактные устройства (струбцины, щетки и др.). Режим существования дуги при сварке под слоем флюса определяется силой тока, напряжением и длиной дуги. Обычно применяют силу тока 1000. ..1200 А, что при открытой дуге невозможно вследствие разбрызгивания металла шва. Сварку ведут короткой дугой. Некоторые современные автоматы поддерживают отклонение длины дуги в пределах ±0.2. ..0,3 мм. Напряжение колеблется в пределах 18. ..55 В.

В процессе сварки электрод и основной металл со всех сторон окружены слоем флюса 5, насыпаемым из флюсоалпарата 6, работающего обычно от заводской сети сжатого воздуха (при массовом производстве). Высоту и ширину слоя устанавливают, исходя из условия обеспечения эффективной изоляции зоны сварки от окружающего воздуха и создания плотного формирующего жидкий металл барьера. Обычная высота слоя флюса 20.. .60 мм. При нагреве и плавлении флюс выделяет газы и пары, способствующие стабилизации дугового разряда.

Дуга находится в заполненном парами и газами пузыре, сводом которого является прослойка 7 из жидкого шлака. Таким образом, флюс при этом способе сварки защищает расплавленный металл электрода и ванны от воздуха; концентрирует тепло в зоне сварки; замедляет остывание ванны, позволяя попавшим в нее газам выйти наружу; облегчает ионизацию дугового промежутка, обеспечивая стабильность процесса; легирует металл шва дополнительными элементами; предотвращает выгорание полезных примесей.
Флюсы

Для автоматической сварки применяют плавленые и керамические неплавленые флюсы. Керамические неплавленые флюсы представляют собой крупинки (гранулы) размером 1...3 мм, изготовленные из материалов, входящих в состав обычных покрытий электродов Для электродуговой ручной сварки. По характеру шлака различают кислые и основные флюсы, а по назначению— для сварки низкоуглеродистых сталей, легиро-1анных спецсталей, цветных'металлов для наплавочных работ и т. д.

стабилизации горения дуги

Довольно широко применяют флюсы марок АН-348А, ОСЦ-45, АН-15, АВ-5, 48-ОФ-10, в которых основой служат окислы марганца и кремния. Дополнительно в флюс добавляют компоненты для повышения жидкотекучести шлаков (CaF2), и легирования

металла шва (феррохром, ферротитан и др.).

Для автоматической сварки и наплавки промышленность выпускает аппараты марок АБСК, А1401, А1423, А384МК, А580М, тракторы ТС-17М-1, АДС-1004-04, АДФ-1001, ТС-44, ДТС-38 и др.

При ремонте сельскохозяйственной техники широко используют наплавку под слоем флюса для восстановления геометрических параметров изношенных деталей

^ Сварка в среде защитных газов

Для защиты металла от воздействия воздуха, кроме шлакового покрытия, применяют газовую защиту вокруг дуги и расплавленного металла. В качестве защитных применяют инертные (аргон, гелий) и активные газы (водород, окись углерода или их смесь с азотом). Наибольшее распространение получили аргонодуговая сварка и сварка в среде углекислого газа. При аргонодуговой сварке наплавящимся электродом через специальную горелку, в которой установлен вольфрамовый электрод 3, пропускают инертный газ (аргон или гелий). Возбуждение дуги происходит между электродом и свариваемым изделием. Для заполнения разделки кромок в зону вводят присадочный материал 2, химический состав которого близок к составу свариваемого материала. Применяют электроды диаметром 2.. .6 мм. Аргон подают в горелку под давлением 0,03.. .0,05 МПа.

Аргонодуговую сварку применяют для сварки легированных сталей, алюминия и его сплавов, титана, магниевых сплавов.

В ряде случаев сварку выполняют и плавящимся электродом. В этом случае применяют проволоку диаметром 0,6.. .3 мм, которую автоматически подают в наконечник 2 горелки. Защитный газ через специальный канал 4 наконечника горелки попадает в пламя дуги .

Сварка в углекислом газе — наиболее дешевый способ по сравнению с другими видами сварки в защитных средах, широко применяется при восстановлении деталей сельскохозяйственных машин, особенно чугунных. Процесс наплавки в среде углекислого газа, по существу, аналогичен процессу сварки.

Для наплавки в среде углекислого газа используют электродные проволоки с повышенным содержанием кремния, марганца и титана (Св. 08ГС, Св. 08Г2С, Св. 10ХГ2С и др.). Для образования износостойкого наплавленного слоя применяют порошковые проволоки (ПП-6ХЗВ10,ПП-сормайт-1, ПП-сормайт-2, ПП-10Х10В4 и др.).

Наплавку тел вращения производят, используя токарно-винторезный станок.

Для восстановления изношенных деталей в ремонтной практике нередко применяют вибродуговую наплавку, в основе которой контактная сварка и электрическая дуга. Наплавку можно вести на воздухе, в среде защитного газа, в жидкости. Процесс состоит из трех этапов: замыкание электрода с деталью, размыкание, холостой ход. В момент короткого замыкания конец электрода оплавляется. При отрыве электрода перемычка взрывообразно разрушается и процесс переходит в дуговой. В этот момент и происходит перенос металла электрода на наплавляемую деталь. Наплавку чаще ведут на постоянном токе, что обеспечивает лучшую стабильность процесса.

Установки для автоматической вибродуговой наплавки обычно монтируют на базе токарно-винторезных станков, на суппорте которых устанавливают вибродуговую головку ЭВГ-2, КУМА-5М, ОКС-1252 и др.

^ Лазерная сварка. Технологические особенности и область применения.

По виду активного вещества излучателя лазеры разделяют на твердые и газовые.

Для перевода активных частиц в возбужденное состояние служат источники возбуждения. Они могут воздействовать на активное вещество световым потоком, потоком электронов, потоком радиоактивных частиц и т.п.

Параметры режима лазерной сварки.

При импульсной лазерной сварке форма и размеры ванны оцениваются диаметром и глубиной проплавления.

Основные параметры режима сварки ? мощность в импульсе и время импульса. С увеличением этих параметров возрастает тепловая мощность источника и соответственно диаметр ванны и глубина ее проплавления. Дополнительные параметры ? диаметр пятна нагрева, определяющийся углом расходимости светового пучка после фокусировки, и пространственно-временная зависимость распределения энергии в пятне нагрева.

В твердотельных лазерах импульс генерируемого света состоит из набора более коротких импульсов, так называемых пучков. Величина и длительность этих пучков колеблются в широких пределах. Благоприятные условия для существования ванны создаются только при равномерном распределении энергии по пятну нагрева.

Параметры режима определяют освещенность в пятне нагрева:

E=Q/(Pi*r(f)^2*t(и))

где Q ? мощность в импульсе; r(f) - радиус пятна нагрева; t(и) - время импульса.

Плотность тепловой энергии в пятне нагрева:

F=A*Q/(Pi*r(f)^2*t(и))

где А ? поглощательна способность свариваемых кромок (зависит от состояния поверхности и длины волны излучения).

При сварке лазером непрерывного излучения форма и размеры сварочной ванны такие же, как и при сварке плавлением. Основные параметры ? выходная мощность излучения и скорость сварки. Дополнительные параметры, оказывающие наибольшее влияние на размеры ванны и шва, ? диаметр пятна нагрева, поглощательная способность свариваемых кромок и др.

^ Контактная сварка

Контактная сварка относится к видам сварки с кратковременным нагревом места соединения без оплавления или с оплавлением и осадкой разогретых заготовок. Характерная особенность этих процессов – пластическая деформация, в ходе которой формируется сварное соединение.

Место соединения разогревается проходящим по металлу электрическим током, причем максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта.

На поверхности свариваемого металла имеются пленки оксидов и загрязнения с малой электропро-водимостью, которые также увеличивают электросопр-ие контакта. В результате в точках контакта металл нагревается до термопластич-го состояния или до оплавления. При непрерывном сдавливании нагретых заготовок образуются новые точки соприкосновения, пока не произойдет полное сближение до межатомных расстояний, т. е. сварка поверхностей.

Контактную сварку классифицируют по типу сварного соединения, определяющего вид сварочной машины, и по роду тока, питающего сварочный трансформатор. По типу сварного соединения различают сварку стыковую, точечную, шовную.

^ Сварка давлением

Сущность получения неразъемного сварного соединения двух заготовок в твердом состоянии состоит в сближении идеально чистых соединяемых поверхностей на расстояния (2…4) 10 – 10 см, при которых возникают межатомные силы притяжения.

Необходимым условием получения качествен-ного соединения в твердом состоянии являются хорошая очистка и подготовка поверхностей и наличие сдвиговых пластичных деформаций в зоне соединения в момент сварки.
Ультразвуковая сварка

Ультразвуковая сварка (УЗ сварка) - способ соединения различных материалов в твердом состоянии с помощью ультразвуковых колебаний.

Наибольшее применение УЗ сварка нашла для соединения полимерных листовых изделий. Достоинствами УЗ сварки полимерных материалов являются возможность сварки изделий с загрязненными или покрытыми инородными пленками поверхностями; отсутствие перегрева материала; получение соединений в труднодоступных местах; сварка материалов с узким интервалом кристаллизации.

Принцип действия устройства для сваривания полимерных листов (пленок) заключается в следующем. Полимерные листы накладывают один на другой, плотно прижимают их друг к другу и к опоре, затем подводят с необходимым усилием к листам сварочный инструмент (наконечник), соединенный с УЗ преобразователем, и включают генератор, приводящий в действие УЗ преобразователь.

Под действием напряжений ультразвуковой частоты эластичность полимера возрастает либо во всем объеме между сварочным наконечником и опорой, либо только в объеме зоны контакта соединяемых материалов, где имеются естественные или нанесенные искусственно неровности соединяемых

Прочность соединения зависит от физико-механических характеристик объекта сварки, геометрии и размеров ультразвукового инструмента, статического напряжения в зоне сварки. Обычно, прочность соединения составляет от 50 до 70% прочности соединяемых материалов. Это примерно в 2-2,5 раза выше, чем при сварке тепловым методом. Ширина шва равна ширине наконечника инструмента. Толщина соединяемых материалов составляет от единиц микрон (пленки) до единиц миллиметров (ткани, объемные детали).

Пайка

 Пайка – процесс получения неразъемного соединения заготовок без их расплавления путем смачивания поверхностей жидким припоем с последующей его кристаллизацией. Расплавленный припой затекает в специально создаваемые зазоры между деталями и диффундирует в металл этих деталей. Протекает процесс взаимного растворения металла деталей и припоя, в результате чего образуется сплав, более прочный, чем припой.

Припой должен хорошо растворять основной металл, обладать смачивающей способностью, быть дешевым и недефицитным. Припои представляют собой сплавы цветных металлов сложного состава. По температуре плавления припои подразделяют на особо легкоплавкие (температура плавления ниже 145 0С), легкоплавкие (145…450 0С), среднеплавкие (450…1100 0С) и тугоплавкие (выше 1050 0С). К особо легкоплавким и легкоплавким припоям относятся оловянно-свинцовые, на основе висмута, индия, олова, цинка, свинца. К среднеплавким и тугоплавким относятся припои медные, медно-цинковые, медно-никелевые, с благородными металлами (серебром, золотом, платиной). Припои изготавливают в виде прутков, листов, проволок, полос, спиралей, дисков, колец, зерен, которые укладывают в место соединения.

При пайке применяются флюсы для защиты места спая от окисления при нагреве сборочной единицы, обеспечения лучшей смачиваемости места спая расплавленным металлом и растворения металлических окислов. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюсы могут быть твердые, пастообразные и жидкие. Для пайки наиболее применимы флюсы: бура, плавиковый шпат, борная кислота, канифоль, хлористый цинк, фтористый калий.

Основы технологии механической обработки

^ Основные сведения о резании

Обработка металлов резанием основана на срезание лезвийным или абразивным режущим инструментом с поверхности заготовки слоя материала для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей деталей. Чтобы с заготовки срезать слой материала, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительное движение, которые подразделяются на основные и вспомогательные. Движения при которых заготовка меняет припуск или изменяет состояние обр-ой поверхности называется основным или движением резания. Основных движения два: главное движение и движение подачи. Движение рабочих органов станка которые не имеют непосредственное отношение и служат для транспортирования и закрепления заготовки или инструмента называются вспомогательными. Главное движение резания это прямолинейное поступательное или вращательное движениезаготовки или режущенго инструмента определяющее скорость деформ-я материалаи отделения стружки. Движение подачи прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего элемента или заготовки, определяющее врезание режущего инструмента в материал заготовки.

^ Станки токарной группы

Станки токарной группы применяют обычно для обработки деталей, имеющих форму тел вращения. На этих станках получают наружные и внутренние цилиндрические и конические поверхности, фасонные поверхности и торцовые плоскости, резьбы на цилиндрических и конических поверхностях и др. Так, на токарных станках изготавливаются валики, втулки, оси, болты, винты, шпильки, доски, шайбы и т.д.

К основным размерам, характеризующим токарный станок, относятся наибольший допустимый диаметр обрабатываемой заготовки, высота центров над станиной и расстояние между ними. По этим размерам можно определить максимальные диаметр и длину заготовки, которую можно установить и обработать на данном станке.

Станочный парк токарной группы включает девять типов станков, отличающихся по назнач-ю, конструктивной компоновке, степени автоматиз-и и другим признакам. Станки предназначены главным образом для обработки наружных и внутренних цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезания резьб и обработки торцовых поверхностей деталей типа тел вращения с помощью разнообразных резцов, сверл, зенкеров, разверток, метчиков и плашек.

Токарные станки, полуавтоматы и автоматы, в зависимости от расположения шпинделя, несущего приспособление для установки заготовки обрабатываемой детали, делятся на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные предназначены в основном для обработки деталей значительной массы, большого диаметра и относительно небольшой длины.

Фрезерование

Фрезерование – один из высокопроизводитель-ных и распространенных методов обработки поверхностей заготовок многолезвийным режущим инструментом – фрезой. Технологический метод формообразования поверхностей фрезерованием характеризуется главным вращательным движением инструмента и обычно поступательным движением подачи. На фрезерных станках обрабатывают горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости, фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля. Особен. процесса фрезерования - прерывистость резанья каждым зубом фрезы. Зуб фрезы находится в контакте с заготовкой и выполняет работу резанья только на некоторой части оборота, а затем продолжает движение, не касаясь заготовки, до следующего врезания. Цилиндрическое и торцевое фрезерование можно осуществить двумя способами: против подачи (встречное фрез.) и по подаче (попутное фрез.). Геометрия: передний угол γ, главный задний угол α, угол наклона зубьев ω. Для торцевых фрез главный угол в плане φ и вспомогательный угол в плане φ1.

Особен. процесса фрезерования - прерывис-тость резанья каждым зубом фрезы. Зуб фрезы находится в контакте с заготовкой и выполняет работу резанья только на некоторой части оборота, а затем продолжает движение, не касаясь заготовки, до следующего врезания. При цилиндрическом фрезеров. плоскостей работу выполняют зубья, расположенные на цилинд. поверхности фрезы. При торцевом фрезер. плоскостей в работе участвуют зубья, расположенные на цилиндрической и торцевой поверхностях фрезы.

^ Электроэрозионная обработка

Изменение формы, размеров и качества поверхности происходит под действием электр. зарядов, возникающих при пропускании импульсного Эл. тока. В зазоре шириной 0,01..0,05мм между электродами (заготовка и инструмент). Под действием Эл. зарядов материал заготовки плавится, испаряется и удаляется из межэлектродного пространства в жидкое или газообр. состояние. Этот процесс называется электроэрозией. В промежуток между заготовкой и электродом заполняют диэлектрической жидкостью. При достижении на элект. напряжения равного напряжению пробоя среды, образуется канал проводимости, осуществл. импульсный дуговой разряд. Высокая плотность тока и температура приводит к расплавлению и испарению металла. Появляется лунка. Затем в другом месте. До тех пор пока не снимется слой металла. Расстояние между электродами возрастает и обработка прекращается.
Электроэроз-е методы обработки основаны на законах эрозии электродов из токопроводящих материалов при пропускании м/у ними импульсного Эл-го тока. К этим методам относят эл.искровую, эл.имульсную, высокочастотные электроискровую и эл.импульсную и эл.контактную обработку. При Эл.искровой обр-ке используют импульсные искровые разряды м/у электродами из которых обрабатываемых заготовка(анод), др.-инструмент (катод). Эту обработку применяют для упрочнения поверх.-го слоя Ме-ов ДМ, пресс-форм, режущего инструмента. При Эл.импульсной обр-ке используют эле-ие импульсы большой длительности(500-10000 мкс), в рез-те чего происходит дуговой разряд при этой обработке съем Ме в едн. времени в 8-10 раз больше, чем при Эл.искровой обраб. Высокочастотная Эл.искровая ор-ка основана на использовании Эл-х импульсов малой мощности при частоте 100-150 кГц. Эл.конт-ая обр-ка основана на локальном нагреве заготовке в месте контакта с электродом – инструмента и удаление размягченного или даже расплавленного Ме из зоны обр-ки мех. способом: относительным движением заготовки и инструмента. Метод обр-ки не обеспечивает высокой прочности и качества поверхности, но дает высокую произ-ть съема Ме.

^ Электрохим-ие методы обработки

В основе Эл.-хим. методов лежит принцип анодного растворения при электролизе. При подаче постоянного тока в зону обработки на поверхности заготовки происходит хим. реакции. Превращение слоя металла в хим. соединение. Продукты электролиза переходят в раствор или удаляются мех. путем. Эл.-хим. полирование – проводят в ванне заполненной электролитом. Заготовку подключают к аноду, катодом служит, метал. пластина. Электролит подогревают до 40-60ºС. При подаче напряжения на электрод, начинается процесс анодного растворения (в выступах неровностей поверхности). Микронеровности сглаживаются, поверхность выравнивается.

Эл.-хим. размерная обработка – проводят с прокачкой электролита под давлением между электродом и инструментом. Слой металла снимается со всей поверхности детали. Применяют при изготовлении деталей сложной формы, для прошивки отверстий.


Скачать файл (178.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации