Скачать реферат

ГПТУ-УПИ Технологические процессы в машиностроении. Ответы на вопросы к экзамену. Группа: Р-333-ЕП Студент: Суходрищев Ф.Э. Преподаватель: Кокин Х.Х Н-Тагил 2006 год Вопрос 1. Классификация материалов, применяемых в машиностроении и приборостроении. 1. Универсальные – стали, чугуны, сплавы на основе меди и лёгких металлов; 2. Специализированные – имеющие определённые функциональные назначения (жаропрочные, высокоупругие, износостойкие). Основные группы: 1. Материалы, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность; 2. Материалы с особенными технологическими свойствами: - стали с улучшенной обрабатываемостью резанием; - стали с повышенной пластичностью и свариваемостью; - железоуглеродистые сплавы с улучшенными литейными свойствами; - медные сплавы; 3. Износостойкие материалы: - с высокой твёрдостью поверхности; - фрикционные; - антифрикционные; 4. Материалы с высокими упругими свойствами; 5. Материалы с малой плотностью: - алюминиевые сплавы; - магниевые сплавы; - термопластмассы; 6. Материалы с высокой удельной прочностью: - титановые сплавы; - бериллиевые сплавы; - композиты; 7. Материалы, устойчивые к воздействию температуры и окружающей среды: - устойчивые к коррозии; - жаростойкие; - жаропрочные; - хладостойкие; - устойчивые к радиации. Вопрос 2. Материалы металлические и неметаллические. Металлы – простые вещества, обладающие «металлическим блеском» и пластичностью. Более сложные вещества, в состав которых может входить несколько металлов и некоторая примесь неметаллов (простых веществ, не являющихся металлами), называются металлическими сплавами. Металлы делятся на 2 группы: Черные – темно-серый цвет, высокая температура плавления, высокая плотность (кроме щелочноземельных), относительно высокая твёрдость, склонность, в большинстве случаев, к полиморфизму. - железные металлы – железо, кобальт, никель – производство стали, чугуна, легирование их; - тугоплавкие металлы – температура плавления выше 1539 градусов; - урановые металлы – атомная энергетика; - редкоземельные – лантаноиды, иттрий, скандий – присадка в сплавы; - щелочноземельные – практически не используются. Цветные – характерная цветная окраска, высокая пластичность, малая твёрдость, низкая температура плавления, отсутствие полиморфизма. - легкие – алюминий, магний, бериллий – малая плотность; - благородные – золото, серебро, медь (полублагородная) – высокая устойчивость против коррозии; - легкоплавкие – цинк, олово и другие. Если у металлов, ввиду их природы, есть способность к пластической деформации и к самоупрочнению, то неметаллы этими способностями не обладают – произойдёт разрушение неметаллической конструкции, как только в какой-либо точке напряжение превысит катастрофическую отметку. Поэтому неметаллы не могут являться надёжными конструкционными материалами, однако, в качестве добавок в сплавы с целью получения особенных свойств нашли широкое применение. Вопрос 3. Чёрные металлы и сплавы. Чёрные металлы – один из двух основных видов металлов. Они имеют темно-серый цвет, высокую температуру плавления, высокую удельную плотность (кроме щелочноземельных), относительно высокую твёрдость, склонность, в большинстве случаев, к полиморфизму. Делятся на: 1. Железные металлы – железо, кобальт, никель – являются основой для каких-либо конструкций из черных металлов (железо); 2. Тугоплавкие – температура плавления выше 1539 градусов – для легирования; 3. Урановые – для атомной промышленности; 4. Редкоземельные – лантаноиды, иттрий, скандий – для легирования; 5. Щелочноземельные – практически не используются. Сплав – сложное вещество, состоящее из одного или нескольких металлов и некоторого количества неметаллических примесей. Наибольшее распространение получили железоуглеродистые сплавы (сталь, чугун) – различное содержание в них тех или иных элементов определяет свойства сплава. Вопрос 4. Виды и основные свойства чугунов. Чугуны – железоуглеродистые сплавы, содержащие 2,14-6,67 % углерода, затвердевающие с образованием эвтектики. Деление производится по форме присутствующего в составе чугуна углерода. Белые чугуны – весь углерод в связанном состоянии в виде цементита – высокие твёрдость и хрупкость – не применяются для изготовления деталей машин. В других чугунах углерод находится в форме графита, который менее твёрдый, то есть среди свойств большая податливость резанию, лучшие антифрикционные свойства, но возникает пористость из-за снижения прочности и пластичности. Серые чугуны – графит в пластинчатом виде – корпуса насосов, зубчатые колёса, гидроприводы – в зависимости от подвида чугуна. Высокопрочные – шаровидный графит – сопротивление влиянию высокого циклического напряжения и износа – кузнечнопрессовое оборудование, коленчатые валы и так далее. Ковкие чугуны – в хлопьевидной форме – получают отжигом белых чугунов – хорошие литейные свойства, высокая плотность отливок – детали высокой прочности, работающие в тяжёлых условиях по нагружению и износу. Вопрос 5. Стальное литьё. Классификация и основные легирующие элементы. Сталь – ковкий сплав железа с углеродом и некоторыми другими элементами. Получают, главным образом, из чугуна или стального лома в конверторах, мартеновских печах или электропечах. По химическому составу различают углеродистые (низко-, средне-, высоко- конструкционные, высоко- инструментальные) и легированные (низко, средне, высоко). По качеству – обыкновенные, качественные, высококачественные, особо высококачественные. По степени раскисления и характеру затвердевания – спокойные, полуспокойные, кипящие. Для получения тех или иных свойств в сталь вводят некоторые элементы – процесс легирования. Каждый химический элемент обозначается своей буквой (кириллический алфавит): Х – хром; Г – марганец; М – молибден; С – кремний; В – вольфрам; Ф – ванадий; Т – титан; Ю – алюминий и так далее. Для повышения теплостойкости – вольфрам, молибден, хром; Для повышения прочности – никель, марганец, кремний; Для увеличения прокаливаемости – никель, хром, молибден, марганец; Для снижения порога хладноломкости – никель; Упрочняя сталь, почти все элементы, кроме никеля и хрома, значительно снижают вязкость. Вообще, необходимо аккуратно подбирать легирующие элементы, так как, сильно улучшая одни свойства, те или иные элементы могут сильно ухудшить другие. Вопрос 6. Конструкционные стали. Классификация и область применения. Конструкционные стали – стали с содержанием углерода менее 0,8 %. Сталь, применяемая для изготовления деталей машин, строительных конструкций и других сооружений должна обладать высокими показателями по целому комплексу механических свойств, а не только по одному свойству. Материал, идущий на изготовление деталей, подвергающихся большим нагрузкам, должен хорошо сопротивляться таким нагрузкам и, наряду с высокой прочностью, обладать вязкостью, чтобы сопротивляться динамическим и ударным воздействиям. В деталях, испытывающих знакопеременные нагрузки, металл должен обладать высокой износостойкостью. Во многих случаях требуется долговечность: сопротивление коррозии, ползучести и другим постоянным воздействиям. Конструкционные стали делятся на: 1. Цементуемые (низкоуглеродистые, менее 0,25 % углерода): - углеродистые стали с неупрочнённой сердцевиной; - низколегированные стали со слабо упрочнённой сердцевиной; - относительно высоколегированные стали со значительно упрочнённой сердцевиной. Применяются для изготовления листового проката для холодной обработки давлением, сварных металлоконструкций и так далее. 2. Улучшаемые (среднеуглеродистые, менее 0,55 % углерода); По степени легирования делятся на 5 групп. 3. Пружинные (высокоуглеродистые, менее 0,8 % углерода). Применяются для изготовления пружин, рессор, рельс и так далее. Вопрос 7. Инструментальные стали. Классификация и область применения. Инструментальные стали – стали с содержанием углерода 0,8 – 2,14 %. Основное требование к таким сталям – сохранение режущей кромки инструмента в течение длительного времени. Чтобы режущая кромка была устойчивой к истиранию, она должна быть достаточно твёрдой (> 60 HRC). Также немаловажна красностойкость – сохранение твёрдости при длительном нагреве. Для работы при значительных ударных и тепловых нагрузках немаловажно сочетание твёрдости и вязкости. Инструментальные стали делятся на 4 категории: 1. Пониженной прокаливаемости (углеродистые); 2. Повышенной прокаливаемости (легированные); 3. Штамповые; 4. Быстрорежущие. Углеродистые и легированные применяют для режущего инструмента при легких условиях работы и для измерительных приборов. Углеродистые – для резцов, зубил, клейм, фрез, развёрток, свёрл, медицинского инструмента, напильников и так далее. Легированные – для мерительного инструмента, напильников, форм для литья под давлением и так далее. Штамповые – для инструментов для обработки металлов давлением: штампов, пуансонов, роликов, валиков и так далее. Быстрорежущие – для инструментов, работающих при тяжёлых условиях резания: ножовки по металлу, обработка труднообрабатываемых сплавов и так далее. Вопрос 8. Быстрорежущие стали и их свойства. БРС – стали, предназначенные для изготовления режущего инструмента, работающего в сложных условиях резания. БРС должны, прежде всего, обладать высокой горячей твёрдостью и красностойкостью. При работе истирание задней поверхности незначительно, а на передней стружкой интенсивно вырабатываются лунки. Продолжительность работы резца зависит от того, насколько интенсивно вырабатывается лунка, а это зависит от износостойкости резца в нагретом состоянии и от степени нагрева. Особо важно для БРС сохранять свою твёрдость при высокой температуре в течение длительного времени. БРС обозначают буквой Р, цифра далее показывает содержание основного элемента – вольфрама. Хрома во всех БРС около 4 %. Другие элементы, при их значительном содержании обозначаются соответствующими буквами-символами. Р18 – наиболее распространённая универсальная марка БРС. Для удешевления стали уменьшают долю вольфрама (Р6М5) или минимизируют его содержание (безвольфрамовые стали), параллельно вводя другие легирующие элементы. Вопрос 9. Штамповые стали для холодной деформации и их свойства. Штамповые стали – особый вид инструментальных сталей, предназначенный для изготовления инструментов для обработки металлов давлением. Для штамповки в холодном состоянии сталь должна обладать высокой твёрдостью, обеспечивающие устойчивость стали против истирания, хотя вязкость, особенно для пуансонов, имеет также первоочередное значение. Износостойкость очень важна, так как обеспечивает долговечность работы штампа. Для изготовления штампов больших размеров также требуется повышенная прокаливаемость, сталь должна мало деформироваться при закалке. Вопрос 10. Штамповые стали для горячей деформации и их свойства. Штамповые стали – особый вид инструментальных сталей, предназначенный для изготовления инструментов для обработки металлов давлением. При штамповке в горячем состоянии штампуемый металл под действием сближающихся половинок штампа деформируется и заполняет внутреннюю полость штампа, поэтому такая сталь должна обладать хорошими механическими свойствами не только в холодном, но и в горячем состоянии. Необходимо иметь высокий предел текучести, чтобы при высоких давлениях штамп не деформировался. Для кузнечных штампов особое значение имеет вязкость, чтобы штамп не разрушился от ударных нагрузок. Устойчивость против износа, обеспечивающая долговечность работы штампа, важна в любом случае. Сталь для горячей штамповки должна иметь как можно меньшую чувствительность к местным нагревам. Для изготовления штампов больших размеров требуется повышенная прокаливаемость, сталь должна мало деформироваться при закалке. Вопрос 11. Твёрдые сплавы. Классификация и их свойства. Твердые сплавы предназначены для инструментов, работающих при более высоких скоростях резания, нежели другие инструментальные материалы. Твёрдый сплав является металлокерамическим. Для изготовления сплавов порошки карбидов вольфрама и титана смешивают со связующим веществом, прежде всего, с кобальтом, прессуют в формах, затем прессовки спекают при высокой температуре в 1500-2000 градусов. Изделие получается пористое (до5 % пористости). Инструмент не изготавливают из ТС полностью, только режущую часть. При высокой твёрдости сплав обладает высокой хрупкостью и малой прочностью против растягивающих напряжений. При работе с ударными нагрузками ТС выкрашивается и в таких условиях не обладает высокой стойкостью. По структуре и природе карбидных фаз ТС делятся на 3 группы: 1. Однокарбидные – карбид вольфрама. Марки образуются изменением содержания кобальта-связки. Меньше кобальта – меньше твёрдость и хрупкость. ВК6 – пример марки. 2. Двухкарбидные – вольфрам-кобальт-титан. Т15К6. 3. Однокарбидные (ТК), состоящие из карбида титана, в котором полностью растворён вольфрам, и кобальта-связки. Структура такого сплава состоит из округлых зёрен карбида (Ti, W)С. Т30К4, Т60К6. Карбид титана отличается от карбида вольфрама более высокими твердостью и хрупкостью. Для обработки стали применяют ВТК, хрупких материалов – ВК, твёрдых материалов – ТК. Вопрос 12. Металлургическое производство чёрных металлов. Современное металлургическое производство чёрных металлов состоит из комплекса различных производств: 1. Рудные и угольные шахты; 2. ГОК; 3. Коксохимпроизводство; 4. Энергетические цеха для получения сжатого воздуха; 5. Доменное производство; 6. Производство ферросплавов; 7. Сталеплавильное производство; 8. Прокатное производство (слитки в сортовой прокат). Основной продукцией чёрной металлургии являются: 1. Чугуны; 2. Железорудные окатыши; 3. Ферросплавы; 4. Прокатные стальные слитки; 5. Кузнечные стальные слитки. Вопрос 13. Сырьё черной металлургии. Для производства стали, чугуна и ферросплавов используют руду, флюсы, топливо и огнеупорные материалы. Промышленная руда – горная порода, из которой целесообразно получать металлы и их соединения (> 30-60 % железа). Руда состоит из минералов, содержащих металл, и пустой породы. В зависимости от содержания металла руды делят на богатые и бедные (подлежащие обогащению). Флюсы – материалы, подаваемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой и золой топлива (шлака). Топливо – кокс, природный газ, мазут, доменный газ. Кокс получают сухой перегонкой каменного угля коксующихся сортов при температуре в 1000 градусов (без доступа воздуха). Это прочное неспекающееся топливо служит не только горючим для нагрева, но и химическим реагентом для восстановления руды. Огнеупорные материалы применяют для изготовления внутреннего облицовочного слоя (футеровки) печей и ковшей для расплавленного металла. Вопрос 14. Доменный процесс. Доменный процесс предназначен, прежде всего, для выплавки чугуна. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом и твёрдым углеродом, выделяющимися при сгорании топлива. При выплавке чугуна решаются следующие задачи: 1. Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определённого химического состава; 2. Оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нём золы кокса и удаление всего этого из печи. Устройство и работа доменной печи. Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный огнеупорным кирпичом. Рабочее пространство включает колошник, шахту, распар, заплечики, горн, лещадь. В верхней части колошника находится засыпной агрегат, через который загружают шихту. Шихту подают в вагонетки подъёмника, которые передвигаются по мосту к засыпному агрегату и, опрокидываясь, высыпают шихту в приёмную воронку распределителя. При опускании малого конуса шихта попадает в чашу, а при опускании большого конуса – в доменную печь, что предотвращает выход газов в атмосферу. При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство поступают новые порции шихты, чтобы весь полезный объём печи был заполнен – от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. В верхней части горна находятся фурменные устройства, через которые в печь поступает воздух, необходимый для горения топлива. Воздух поступает из воздухонагревателя, внутри которого имеется камера сгорания и насадка из огнеупорного кирпича, в которой имеются вертикальные каналы. В камеру сгорания к горелке подаётся очищенный доменный газ, который, сгорая, образует горячие газы. Проходя через насадку, газы нагревают её и удаляются через дымовую трубу. Через насадку поступает воздух, он нагревается до температуры 1000-1200 градусов и поступает к фурменному устройству, а оттуда через фурмы – в рабочее пространство печи. Чугун вынимают через каждые 3-4 часа через чугунную летку, а шлак – каждые 1-1,5 часа через шлаковую летку – отверстие в кладке, расположенное выше лещади. Летку открывают бурильной машиной, затем закрывают огнеупорной массой. Сливают чугун в чугуновозные ковши, шлак – в шлаковозные чаши. Чугун поступает в сталеплавильные цеха или разливается в изложницы разливочной машиной, где он затвердевает в виде чушек-слитков массой 45 кг. Вопрос 15. Процессы производства стали. Стали – железоуглеродистые сплавы, содержащие практически до 1,5 % углерода – если углерода больше, то сталь становится слишком твёрдой и хрупкой. Основными исходными материалами являются чугун и стальной лом, однако возможно и получение железа напрямую из руды с целью дальнейшего его науглероживания. Сущность любого сталеплавильного процесса – снижение содержания углерода и примесей в процессе их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки. Процессы выплавки стали происходят в 3 этапа: 1. Расплавление шихты и нагрев жидкого металла; 2. Кипение металла в ванне; 3. Раскисление стали, заключающееся в восстановлении оксида железа, растворённого в жидком металле. Существует три принципиальных способа получения стали: 1. Конверторный – выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной (или кислой) футеровкой и продувкой кислородом (воздухом) через водоохлаждаемую фурму; 2. Электропечной – под действием электрического тока в печи; 3. Мартеновский – сталеварение в пламенной отражательной регенеративной печи при сжигании в рабочем пространстве газообразного топлива или мазута. Вопрос 16. Мартеновский процесс. Процесс ведут на поду пламеотражательной печи, снабжённой регенераторами. В печь загружают шихту, которая под воздействием факела постепенно плавится. После расплавления в ванну вводят различные добавки с тем, чтобы получить нужный состав. Топливо (газ) и воздух пропускают с правой стороны печи. Проходя через предварительно нагретые насадки регенераторов, воздух и газ нагреваются до 1000-2000 градусов и в нагретом состоянии через горловину попадают в печь. При сгорании топлива образуется факел с температурой 1800-1900 градусов. Пройдя через горловину в противоположной стороне печи, раскалённые продукты сгорания попадают в другую пару насадок регенераторов и по системе каналов уходят к котлу, утилизатору или к трубе. При такой работе насадки регенераторов с правой стороны постепенно охлаждаются, а насадки регенераторов с левой стороны – нагреваются. В момент, когда регенераторы, ведущие к печи, уже не в состоянии нагревать до нужной температуры, а регенераторы левой стороны перекаляются, движение воздуха и газа меняет направление, для чего предусмотрены перекидные клапаны. Температура выдаваемого металла 1580-1600 градусов, а для этого нужна высокая температура факела, а степень обогащения кислородом должна быть высокой – производится замена воздуха кислородом полностью или частично. Шлаковики служат для улавливания плавильной пыли и шлаковых частиц, уносимых продуктами сгорания из рабочего пространства, тем самым предохраняют насадки регенераторов от засорения. Сечение шлаковика значительно больше сечения вертикального канала, что приводит к уменьшению скорости дыма в шлаковике. Вопрос 17. Конверторный процесс. Существует два основных вида конверторного производства стали: Бессемеровский (1855) и Томасовский (1878). Сущность: 1. Залитый в плавильный агрегат чугун продувают воздухом (кислород окисляет примеси в чугуне, в результате чего, взаимодействуя также с углеродом, кислород определяет превращение чугуна в сталь); 2. Тепло, выделяющееся при окислении, обеспечивает нагрев стали до 1600 градусов. Устройство конвертора: Он представляет собой грушевидный сосуд, выполненный из стального листа с футеровкой изнутри (Б. – кислая; Т. – основная). В верхней части конвертора находится отверстие – горловина, – служащее для заливки чугуна и выпуска стали. Снизу к кожуху крепится отъёмное днище с воздушной коробкой для подачи воздуха через фурмы снизу (без воздушной коробки – через горловину). Цилиндрическая часть конвертора охвачена опорным кольцом; к нему прикреплены цапфы, на которых конвертор поворачивается вокруг своей оси. Плавка в бессемеровском конверторе: 1. Заливка бессемеровского чугуна; 2. Продувка воздухом 10-15 минут; 3. Образование кислого шлака за время продувки; 4. Завершение плавления при достижении необходимого уровня содержания углерода; 5. Сливание стали через горловину в ковш, одновременное раскисление. Общая длительность плавки – 20-30 минут, сера и фосфор не удаляются. Плавка в томасовском конверторе: 1. Загрузка извести для образования основного шлака; 2. Заливка томасовского чугуна; 3. Продувка воздухом 16-22 минуты; 4. Формирование основного шлака. Удаление серы и фосфора; 5. Завершение продувки, выпуск в ковш. Общая длительность плавки – 25-40 минут, шлак используется в качестве удобрений. Из-за непроизводительности продувки воздухом в настоящее время воздух заменяют кислородом. Вопрос 18. Электросталеплавильный процесс. Виды печей: открытые, дуговые, вакуумные, индукционные и так далее. Область применения: выплавка легированных и высококачественных сталей. Преимущества: 1. Быстрый нагрев металла; 2. Малый угар легирующих элементов; 3. Плавная и точная регулировка температуры металла; 4. Полнее раскисление металла; 5. Низкое содержание неметаллических включений. Дуговая печь: 1. Рабочее пространство; 2. Электроды, токопроводы; 3. Механизмы, обеспечивающие наклон печи, удержание и перемещение электродов, загрузку шихты. Плавку ведут в рабочем пространстве, ограниченном куполообразным сводом сверху, снизу – подом, с боков – стенками. Огнеупорная кладка пода и стен заключена в металлический кожух. Съёмный свод собран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное сводовое кольцо. Через 3 симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токопроводящие электроды, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх-вниз. Шихтовые материалы загружаются на под печи, после их расплавления в печи образуется слой металла и шлака. Плавление и нагрев осуществляются за счёт тепла электрических дуг, возникающих между электродами и шихтой. Готовую сталь и шлак выпускают через сталевыпускное отверстие и желоб, наклоняя рабочее пространство. Рабочее окно, закрываемое заслонкой, предназначено для контроля за процессом плавки, ремонта пода и загрузки материалов. Шихту загружают сверху в рабочее пространство при помощи бадьи с открывающимся дном. Вопрос 19. Производство ферросплавов. Ферросплавы – сплавы железа с хромом, кремнием, марганцем, вольфрамом и другими элементами, применяемыми в производстве стали. Вводить в сталь ферросплав удобнее, нежели чистый легирующий элемент, оттого что сплав обладает более низкой температурой плавления, причём стоимость ведущего элемента в сплаве с железом ниже, чем в чистом виде. Исходным сырьём служат руды или концентраты. Ферросплавы получают восстановлением окислов соответствующих элементов. Восстановителем может служить химический элемент, имеющий более высокое сродство к кислороду, чем элемент, который нужно восстановить из оксида. Восстановительные процессы облегчаются, если проходят в присутствии железа и его оксидов. Растворяя химический элемент или образуя с ним соединение, железо уменьшает его активность. В ряде случаев реакция при наличии железа может протекать при более низкой температуре, нежели без него. По виду восстановителя различают три способа получения ферросплавов: 1. Углевосстановительный; 2. Силикотермический; 3. Алюминотермический. Углевосстановительный способ самый дешевый, его применяют для получения ферросплавов с высоким содержанием углерода. Процесс происходит при подводе большого количества теплоты, которая выделяется электрическими дугами восстановительных ферросплавных печей. Другие способы предназначены для получения средне- и низкоуглеродистых ферросплавов. Выплавление происходит в рафинированных ферросплавных печах. Восстановительные печи работают непрерывно. В работающей печи электроды погружены в твёрдую шихту, и дуга горит под слоем шихты. Шихту пополняют по мере её проплавления; сплав и шлак выпускают периодически. Печи такого типа оснащены мощными трансформаторами. Печи трехфазные, стационарные или вращающиеся вокруг вертикальной оси; ранее их изготавливали открытыми, теперь – закрытыми. В поперечном сечении круглые, новые, особо мощные, - прямоугольные. Оборудованы 3-6 электродами, которые расположены либо по вершинам равностороннего треугольника, либо в линию. Кожух выполняют из листовой стали 15-30 мм. Рафинированные печи имеют гораздо меньшую мощность (примерно в 3-15 раз), они работают с выпуском сплава и шлака после окончания плавки. Имеют открытую ванну, конструируются на базе дуговых сталеплавильных печей. Печи делают наклоняющимися: ванну закрепляют в люльке с механизмом для наклона. Ванна оборудована механизмом вращения. Загрузка шихты такая же, как и в восстановительных печах. Вопрос 20. Получение алюминия. Алюминий обладает небольшой плотностью, высокими тепло- и электропроводностью, хорошей пластичностью и достаточной механической прочностью, хорошо деформируется и сваривается; в жидком состоянии легко заполняет формы. При окислении выделяется большое количество тепла. Встречается только в связанном виде: основными используемыми рудами являются бокситы, нефелины и алуниты. Применяют в авиакосмической промышленности, пищевой промышленности, металлургии, транспортной промышленности и так далее. Технология производства алюминия состоит из 2 стадий: 1. Производство глинозёма из руды; 2. Электролитическое получение алюминия из глинозёма. Глинозём получают 2 способами: 1. Способ Байера (для богатых руд); 2. Способ спекания (для любых руд). Способ Байера основан на выщелачивании, цель его растворить содержащийся в боксите оксид алюминия, избежав перевода в раствор остальных составляющих боксита. Последовательность: 1. Подготовка к выщелачиванию (дробление до некрупных фракций в щелочной среде, добавление катализирующей извести); 2. Выщелачивание (длительное перемешивание в щелочной среде при высоком давлении); 3. Разделение алюминатного раствора и шлама (в сосудах-отстойниках происходит отстаивание раствора и оседание шлама); 4. Разложение алюминатного раствора (превращение алюминия в осадок – понижение давления, добавление кристаллов гидроксида алюминия, разбавление и охлаждение раствора, перемешивание); 5. Отделение кристаллов гидроксида алюминия от раствора и классификация кристаллов по крупности; 6. Кальцинация и обезвоживание гидроксида алюминия. Извлечение глинозёма – 87 %. Спекание применяют для получения глинозёма, в основном из небогатых руд. Сущность процесса заключается в получении твёрдых алюминатов путём спекания при высокой температуре; в последующем выщелачивании полученного спека. Последовательность: 1. Подготовка к спеканию (измельчение в среде содового раствора с добавлением соды); 2. Спекание (в трубчатых вращающихся печах; в результате получаются частично оплавленные куски спеченных химических соединений – спек); 3. Выщелачивание (проточной горячей водой в аппаратах различной конструкции); 4. Обескремнивание (длительная выдержка в батарее автоклавов при температуре 150-170 градусов); 5. Карбонизация (с целью выделения алюминия в осадок – пропускание через раствор отходящих газов спекательных печей); 6. Отделение от раствора и кальцинация – по методу Байера. Электролитическое получение алюминия. Получают из глинозёма, растворенного в электролите. Электролитическая ванна, где проходит электролиз, имеет в плане прямоугольную форму. Кожух из стальных листов охватывает стены ванны (у больших ванн кожух выполнен с днищем). Внутри имеется слой шамота, стены выложены угольными плитами, а под образован угольными блоками. Ванна глубиной 50-60 см заполнена электролитом и находящимся под ним слоем жидкого алюминия. Угольный анод подвешен на стальных стержнях так, что его нижний конец погружен в электролит, через стержни к аноду подаётся ток от шин. Алюминий, получаемый электролитическим методом, называется алюминием-сырцом. Для получения более чистого алюминия проводится рафинирование сырца, в результате чего получается алюминий чистотой не менее 99,8 %. Вопрос 21. Получение меди. Медь очень хорошо проводит электричество и тепло, она ковка и тягуча. В присутствии воздуха она покрывается особой плёнкой, предохраняющей металл от дальнейшего окисления. Сплавы применяют в виде литых и кованых изделий, а также и в виде порошка. Сплавы меди с цинком называют латунью, а другие сплавы – бронзой. Для получения применяют руду или медьсодержащие отходы. Руды бывают сульфидными, окисленными и смешанными, а также комплексными, если руда содержит значительное количество других веществ. Существует два способа извлечения меди из руд: гидрометаллургический и пирометаллургический. Первый не нашел широкого применения, его используют для обработки бедных окисленных руд. Он не позволяет попутно извлекать благородные металлы. Большую часть меди (85-90 %) производят пирометаллургическим способом из сульфидных руд, одновременно получая благородные металлы. Способ является многостадийным: 1. Подготовка руд (обогащение, обогащение + обжиг); 2. Плавка на штейн; 3. Конвертирование штейна с получением черновой меди; 4. Рафинирование черновой меди (огневое, затем электролитическое). Руды обогащают методом пенной флотации, после чего получают медный концентрат и пустую породу; концентрат содержит около 10 % влаги. Медный штейн состоит, в основном, из сульфидов меди и железа. Плавку на штейн осуществляют для того, чтобы путем расплавления шихты получить штейн и шлак, тем самым, выделив медь, переходящую в штейн из оксидов шихты, которые образуют шлак. Конвертирование медного штейна предназначено для получения черновой меди путём окисления содержащихся в штейне оксидов меди и железа. Конвертирование осуществляют продувкой воздухом в горизонтальном конвертере. Процесс не требует подачи тепла. Рафинирование меди от примесей, по экономическим соображениям, проводят в 2 этапа. Сначала методом огневого рафинирования (удаляется основное количество примесей), затем методом электролитического рафинирования (глубокое очищение меди, обеспечивающее её высокую электропроводность; попутное выделение золота, серебра, селена). Вопрос 22. Получение титана. Титан отличается высокой механической прочностью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью, малой плотностью. Его применяют как конструкционный материал в авиастроении, судостроении, для машин, предназначенных для работы в зонах повышенной динамической нагрузки и износа, а также для работы при низких и сверхнизких температурах (практическое отсутствие хладноломкости). Наиболее распространённое сырьё – ильменитовый концентрат, выделяемый при обогащении титаномагнетитовых железных руд. Стадии получения титана: 1. Получение титанового шлака восстановительной плавкой; 2. Хлорирование титанового шлака; 3. Получение титана восстановлением из тетрахлорида титана; Иногда проводят и следующие операции: 4. Рафинирование йодидным способом; 5. Переплавка в слитки. Шлак получают в электродуговых печах; в печь загружают концентрат и восстановитель (кокс, антрацит) и нагревают до 1650 градусов. Из восстановленного и науглероживающегося железа образуется чугун, а оксид титана переходит в шлак с содержанием 82-90 % оксида. Хлорирование производят воздействием газообразного хлора на оксид титана при температуре 700-900 градусов. Получают тетрахлорид титана. Процесс осуществляется в специальных хлораторах. Восстановление титана производят при помощи магния и натрия. Вопрос 23. Формообразование заготовок. Изготовлению отливки предшествует проектирование технологии литейной формы, конструирование и изготовление модельной оснастки. На стадии проектирования технологии разрабатываются возможные варианты способов формообразования при разных положениях отливки в форме. На основе анализа выбирают способ формообразования, обеспечивающий получение отливки, соответствующей ГОСТ или ТУ при наименьшей стоимости. Методы формообразования, то есть методы получения форм для отливок различной конфигурации, следующие: 1. Форма может состоять из 1 или 2 частей. Отливки без выступов, без поднутрений; 2. Форма может состоять только из 2 частей. Отливки без поднутрений, один выступ относительно плоскости разъёма формы; 3. Форма с выступом над выступом или поднутрением – сочетание в любой комбинации отливок группы 1 и 2. Здесь требуются стержни, отъёмные части, газифицированные вставки – или форма должна состоять из 3 частей; 4. Форма с одной внутренней поверхностью, которая отвечает признаку 1 группы. Формообразование может быть выполнено болваном или стержнем. Форма состоит из 2 частей при наличии грибовидного стержня из одной части. 5. Форма с двумя внутренними поверхностями, разделенными перегородкой, полости отвечают признакам групп 2 и 3. Формообразование может быть выполнено болванами, стержнями или тем и другим одновременно. Форма выполнена из 2 или более частей. Вопрос 24. Коэффициент использования материала. Коэффициент использования материала – отношение объёма детали к объёму заготовки. Он рассчитывается для определения экономической целесообразности применения того или иного способа производства заготовок для той или иной детали. Разность между объёмами детали и заготовки – материал, уходящий в стружку или спрессовывающийся. Вопрос 25. Прогрессивные процессы производства заготовок. Вопрос 26. Основные технологические литейные сплавы (чугун, сталь). Чугун и сталь – железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2,14 % у стали и 2,14-6,67 % у чугуна. Пригодность для литья определяется, прежде всего, жидкотекучестью, величиной усадки, склонностью к образованию трещин, пористости, ликвации. Стали применяют, в основном, как конструкционные материалы; ввиду малого содержания углерода и невысокими литейными свойствами, в качестве материалов для литья применяют только высокоуглеродистые стали, а также стали со специально улучшенными литейными свойствами. Чугуны как литейные материалы нашли более широкое применение. Они, в зависимости от формы содержащегося в их составе графита, делятся на белые, серые, высокопрочные, ковкие. В зависимости от содержания тех или иных элементов, чугуны обладают различными свойствами: от высокой твёрдости и хрупкости до высокой свариваемости. В зависимости от свойств чугуна определяется и область их применения. Это и производство батарей отопления (радиаторов), и производство небольших фасонных деталей, втулок, зубчатых колес и многого другого. Вопрос 27. Основные технологические литейные сплавы (силумины, бронзы, латуни). Бронза – сплав меди с другими элементами (без цинка). Бронзы называются по названию добавленного к меди металла, который имеет наибольшую долю в составе сплава: алюминиевые, оловянистые, бериллиевые и так далее. Свойства различных бронз различны между собой: это и малая величина усадки отливки (оловянистые), и высокая твёрдость и прочность (бериллиевые), и высокая химическая стойкость (алюминиевые), и повышенная жидкотекучесть (кремнецинковистая). Применялась, ввиду хороших литейных качеств, с глубокой древности для производства орудий труда, украшений, оружия, монет, зеркал, скульптур; играет важную роль и в современных машиностроении, авиационной и ракетной технике, искусстве и так далее. Латунь – сплав меди с цинком (до 50 %), часто с добавлениями некоторых других металлов (алюминия, железа, марганца, никеля; до 10 %). Хорошо обрабатывается давлением, обладает хорошими литейными качествами, характеризуется достаточной прочностью, высокой пластичностью, высокой стойкостью против коррозии. Латунь выплавляли ещё до н.э. Ныне применяется для изготовления горячекатаных полуфабрикатов, втулок, гаек, фасонных отливок. Силумины – группа алюминиевых сплавов, содержащих большое количество кремния. Ввиду удачного сочетания высоких механических и литейных свойств, широко применяются в авто- и авиастроении; применимы и для отливания больших деталей сложной конфигурации. Вопрос 28. Оборудование и оснастка литейного производства. Вопрос 29. Литьё в песчано-глиняные формы. В песчано-глиняных формах, в принципе, можно изготавливать отливки любых форм, размеров, масс, из любых сплавов, лишь бы они удовлетворяли требованиям заказчика по качественным показателям. Исключение составляют, прежде всего, титановые сплавы, так как они имеют высокую температуру заливки, активно вступают в реакцию с материалом формы (за исключением графита). К основным формовочным материалам относят формовочные пески (огнеупорная составляющая), связующие и специальные добавки. Формовочные пески – кварцевые пески, (для чугунных и стальных отливок), некварцевые пески (хромит, оливиновые пески, тальк). Формовочные глины – материалы горных пород, обладающие связующей способностью и термохимической стойкостью. Они подразделяются на: 1. Огнеупорные; 2. Бентонитовые. Техническим заданием для литейного цеха является чертёж детали, на основании которого производится разработка технологического процесса. Исполнение задания начинается с подготовительных работ по обеспечению шихтовыми материалами, исходными компонентами и приготовлению формовочных и стержневых смесей, проектированию и изготовлению модельно- стержневой оснастки. Шихтовые материалы расплавляют в плавильных печах, из формовочных и стержневых смесей изготавливают формы и стержни. Готовые формы и стержни собирают и заливают расплавленным металлом. В залитых формах металл затвердевает, превращается в отливку и охлаждается до температуры выбивки, после достижения которой разрешаются технологические операции с отливкой (выбивка стержней, отделение литниковой системы). Далее следует операция отделения пригоревших стержневой и формовочных смесей, затем операция зачистки, затем термообработка, а затем снова зачистка. Вопрос 30. Литьё в кокиль. Кокиль – металлическая литейная форма многократного использования из чугуна, стали, алюминиевых сплавов. Применяется, ввиду большой стоимости изготовления, только в массовом и крупносерийном производстве. Кокили бывают двух видов: 1. Разъёмные – свободное удаление заготовки при повороте формы на 180 градусов; 2. Неразъёмные – створчатые с горизонтальной (вертикальной) плоскостью разъёма – для изготовления деталей сложной конфигурации. Пазы и полости образуются при помощи металлических или песчаных стержней; конструкция стержней должна предусматривать свободное их извлечение. Рабочую поверхность кокиля перед заливкой опрыскивают тонким слоем огнеупорной краски, толщиной слоя можно регулировать интенсивность охлаждения отливки. До заливки кокиль прогревают до 200-300 градусов для избежания потери металлом жидкотекучести до заполнения формы, а также для продления срока службы самого кокиля. На кокилевых машинах механический привод или гидропривод обеспечивает открытие и закрытие кокиля, выталкивание детали и так далее. Особенности литья в кокиль: 1. Большая мелкозернистость, лучшие механические свойства, чем при литье в разовых формах; 2. Выше точность размеров, меньше припуски на механическую обработку; 3. Трудоёмкость ниже, чем в песчаных формах; 4. Выше стоимость. Вопрос 31. Центробежное литьё. Центробежное литьё осуществляется под действием центробежных сил. Стальные или чугунные формы устанавливаются на центробежные машины, жидкий металл заливается во вращающуюся машину. Применяется для изготовления, прежде всего, тел вращения: труб, втулок и так далее. Жидкий металл из ковша, перемещаясь по желобу, заполняет внутреннюю полость вращающейся формы. После затвердевания отливку клещами извлекают из формы. Для более равномерного затвердевания (при производстве труб большой длины) предусмотрено движение желоба относительно формы (и наоборот). Облицовка форм применяется для получения тел вращения более сложной конфигурации. Облицовка – песчаная, керамическая. Мелкие фасонные детали отливают в многоместных формах, установленных на вращающейся платформе. Особенности литья: 1. Затвердевание металла происходит под действием центробежных сил; 2. Нет литниковой системы и стержней (для полых изделий); 3. Улучшенное заполнение форм сплавами с пониженной жидкотекучестью; 4. Недостаток – сильная ликвация. Вопрос 32. Литьё в оболочковые формы. Литейная форма – неразъёмная тонкостенная керамическая оболочка из мелкозернистых формовочных материалов. Модели изготавливают в пресс-формах, заливая модельный состав. ПФ чаще состоит из двух матриц с вертикальным и горизонтальным разъёмами. Фиксация производится при помощи штырей, отверстия изготавливаются при помощи металлических стержней. Рабочая полость должна быть выполнена с высокой точностью. Литниковая система предназначена для заполнения модельным составом пресс-формы. Процесс изготовления модели заключается в заполнении ПФ модельным составом, выдержке до затвердевания, извлечении модели, охлаждении до окончательной усадки. Заливка может быть свободной (ограниченное применение), под давлением (поршнем, при помощи пресса или сжатого воздуха), в виде запрессовки пастообразного состава (ручными или автоматическими шприцами). Вопрос 33. Литьё под давлением. Для литья под давлением в качестве литейной формы применяется разъёмная форма из легированной и закаленной стали. Пресс-форма состоит из подвижной и неподвижной матриц. Рабочая полость требует высокого качества обработки. Для отверстий применяются только металлические стержни, находящиеся в подвижной матрице. Для извлечения отливок предусмотрены специальные толкатели. Существует два вида машин: 1. Поршневые – наиболее распространены, с холодной и горячей камерой прессования; 2. Компрессорные. Перед заливкой нагревают пресс-форму, наносят смазку на рабочую поверхность. В камеру заливают мерную порцию металла. Поршень перекрывает заливочное отверстие, создавая давление в камере прессования, сплав с большой скоростью заполняет полость формы. После затвердевания подвижная часть ПФ вынимается, плунжер возвращается в исходное положение. Плита-толкатель идёт с ПФ до упора. При дальнейшем движении толкателя отливку снимают со стержня, она поступает в контейнер. ПФ обдувают сжатым воздухом, смазывают, закрывают. Преимущества: 1. Высокая прочность (выше, чем при литье в песчаные формы); 2. Высокая чистота поверхности; Недостатки: 1. Снижается пластичность из-за образования пористости – воздух и газы не успевают выходить при мгновенном заполнении пресс-формы. Является наиболее прогрессивным способом для массового производства. Применяют также и для изготовления отливок из цветных металлов. Вопрос 34. Виды заготовок деталей машин. Вопрос 35. Способы изготовления отливок и область применения. Существует множество способов изготовления отливок. Наиболее распространённые из них следующие: 1. Литьё в песчано-глинистые формы; 2. Литьё в оболочковые формы; 3. Литьё в кокили; 4. Литьё под давлением; 5. Центробежное литьё. В зависимости от способа производства (и не только от него) получаются различные стоимость, свойства и качество отливок, поэтому выбор метода литья обязательно необходимо согласовать с потребностью производства. Отливают всё, что проще, дешевле и качественней получать этим способом. В зависимости от материала заготовки, способа отливки и многих других параметров из отливок, путём последующей механической обработки, можно изготавливать и зубчатые колеса, и фасонные изделия, и поршни, и насосы, и некоторые запчасти для сложных механизмов, и радиаторы отопления, и плиты-основания, и многое другое. Вопрос 36. Технологичность конструкции отливок. Одним из показателей технологичности литой детали является её конструкционная сложность. Технологичным считается изделие, которое является простым и экономичным по таким показателям, как изготовление модельно-стержневой оснастки, изготовление литейной формы, по очистным и зачистным операциям. Для простоты и экономичности изготовления литейной формы необходимо предусматривать в корпусных конструкциях открытые полости. При выполнении внутренних поверхностей отливки следует устранять многоступенчатость, так как из-за усадки отливки в ней могут возникнуть трещины. На внутренних поверхностях отливки следует учитывать высокую вероятность образования пригара из-за значительного прогрева стержня в полостях, что приведёт к большим затратам на очистных операциях. Вопрос 37. Нормы точности отливок. В соответствии с ГОСТ 26645-85 точность отливки определяется показателями: 1. Класс точности размеров; 2. Степень пространственного коробления; 3. Степень точности поверхности; 4. Класс точности массы; 5. Смещение по плоскости разъёма. В рекомендуемых таблицах ГОСТ приведены широкие пределы показателей точности. Зная возможности конкретного производства, можно однозначно определить точностные показатели, по крайней мере, классы точности размеров и массы. В ГОСТ приведены рекомендуемые таблицы назначения параметров точности отливок. Входными параметрами в них являются: 1. Технологический процесс литья; 2. Вид сплава; 3. Наибольший габаритный размер; 4. Сложность отливок; 5. Серийность производства; 6. Уровень автоматизации и механизации производства. При назначении точностных параметров по этим таблицам рекомендуемые значения получаются в широком диапазоне. Это связано с недостаточной разработкой некоторых параметров. Если влияние технологических процессов литья, габаритных размеров отливок, вида сплава учтено, то такие обобщённые параметры, как сложность отливки, серийность производства, уровень автоматизации и культуры производства, отсутствуют. Широкий диапазон классов и степеней точности затрудняет их выбор. Немаловажна для поддержания качества также и культура производства: на разных заводах одна и та же деталь может быть изготовлена с совершенно разными показателями качества. Вопрос 38. Группы сложности отливок. Вопрос 39. Кованые и штампованные заготовки. Основными коваными и штампованными заготовками являются поковки, прутки, трубы, полосы и профили. Прутки изготовляют (по требованию потребителя) разных длин, разного сечения (круглого или квадратного), разного диаметра. Полосы – в рулонах, согласно требованиям потребителя. Существуют различные типы поковок, такие как диски с отверстиями и без отверстий, цилиндры и так далее – они указаны в ГОСТ. Качество поковок определяет точность их геометрических размеров, механические свойства, структура и отсутствие поверхностных и внутренних дефектов. Если на поверхности обнаружены дефекты – коррозия, плёны, волосовины, трещины, подрезы, расслоения, риски – они удаляются перед дальнейшей обработкой. Крупные дефекты удаляются газопламенной обработкой, пневматическими молотками, шлифованием. Операции разделения исходного материала на заготовки: 1. Отрубка – отделение заготовки внедрением клинового инструмента. Отрубку горячего материала выполняют на молотах, прессах для отделения негодных частей от основной заготовки или разделения на заготовки для ковки. 2. Обкатка – безотходный способ разделения прутков, круглого профиля, труб. 3. Холодная ломка – разделение проката на заготовки – для твёрдых материалов. Вопрос 40. Ковка. Виды и технологичность поковок. Ковка – способ обработки металлов давлением, при котором инструмент, многократно прерывисто воздействуя на заготовку, придает ей заданную форму и размеры расчетной детали. Различают ковку машинную (в штампах или между гладкими бойками) и ручную. Поковки бывают различных типов и форм (круглые, квадратные, прямоугольные сечения). Наиболее распространённые виды поковок следующие: 1. Диски; 2. Цилиндры; 3. Втулки; 4. Бруски; 5. Пластины; Данные виды могут быть как сплошными, так и с отверстиями, а также с уступами. 6. Кубики; 7. Раскатные кольца. Технологичность: 1. Необходимо, чтобы контур поковки максимально был приближен к контуру детали; 2. Количество уступов зависит от возможности выполнения их при ковке, а также от наличия соответствующего инструмента и массовости производства; 3. Ковка узких уступов с малой высотой экономически нецелесообразна; 4. При расчёте некоторых видов поковок определяются минимальные и максимальные диаметры поковочных отверстий; если отверстие в детали не укладывается в полученные пределы, то поковка остаётся сплошной. Вопрос 41. Основные операции ковки. Существуют следующие основные операции ковки: 1. Осадка – формоизменяющая операция, в процессе которой уменьшается высота заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения. Применяют, если необходимо получить участок поковки с большей площадью поперечного сечения, чем у заготовки. Процесс уменьшает анизотропию механических свойств и улучшает эти свойства в продольном и поперечном направлениях поковки, позволяет более равномерно распределить и размельчить карбиды в карбидных сталях и так далее. 2. Протяжка – формоизменяющая операция, в процессе которой производится удлинение заготовки или её части за счёт уменьшения площади её поперечного сечения. 3. Передача – смещение одной части заготовки относительно другой при сохранении параллельности осей и плоских частей заготовки. 4. Прошивка – получение плоскостей в заготовке за счет вытеснения материала. Перед прошивкой заготовку подвергают осадке, выравнивая торцы заготовки для точной установки прошивня. 5. Скручивание – поворот части заготовки вокруг продольной оси. 6. Отрубка – полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента. 7. Разрубка – разделение заготовки на части по незамкнутому контуру. 8. Гибка – образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы. 9. Правка – устранение искажений формы заготовки путём пластического деформирования, что вызывается нарушением предыдущего технологического процесса. Вопрос 42. Горячая ковка. Вопрос 43. Точность штампованных заготовок. Точность штампованных заготовок определяется соответствием форм и размеров заготовки, механических свойств и структуры заготовки необходимым показателям, установленным для детали. Первостепенное значение также имеет отсутствие внешних и внутренних дефектов. Существует четыре типа брака: 1. Брак, возникающий от несовершенства исходного материала (риски, волосовины, закаты, плены, расслоения, флокены, инородные включения, несоответствие размеров и марки стали); 2. Брак, возникающий при резке заготовок (косой срез, заусенцы, скол, несоответствие заготовки по длине, торцовые трещины); 3. Брак, возникающий при нагреве заготовки (недогрев, перегрев и так далее); 4. Брак, возникающий при штамповке (вмятины, забоины, недозаполнение фигуры, недоштамповка, перекос, зажим, заусенец, кривизна, ослабление размера, отклонение по длине). Вопрос 44. Кузнечные напуски. Дефекты штампованных заготовок. Напуск – увеличение припуска в целях упрощения конфигурации поковки из-за невозможности или нерентабельности её изготовления с контуром, соответствующим контуру детали. К кузнечным напускам относят: 1. Штамповочные уклоны; 2. Внутренние радиусы закруглений; 3. Перемычки отверстий. Штамповочные уклоны облегчают извлечение поковки из штампа. Их назначают на все поверхности, располагающиеся параллельно движения инструмента. Штамповочные уклоны приводят к увеличению массы поковки, к увеличению расхода металла. Радиусы внутренних закруглений должны быть в 2-3 раза больше радиусов наружных закруглений наружных углов поковки. Напуск на отверстие, ось которого совпадает с направлением перемещения инструмента, либо полностью закрывает отверстие, либо образует перемычку, удаляемую пробивкой. Существует четыре типа брака: 5. Брак, возникающий от несовершенства исходного материала (риски, волосовины, закаты, плены, расслоения, флокены, инородные включения, несоответствие размеров и марки стали); 6. Брак, возникающий при резке заготовок (косой срез, заусенцы, скол, несоответствие заготовки по длине, торцовые трещины); 7. Брак, возникающий при нагреве заготовки (недогрев, перегрев и так далее); 8. Брак, возникающий при штамповке (вмятины, забоины, недозаполнение фигуры, недоштамповка, перекос, зажим, заусенец, кривизна, ослабление размера, отклонение по длине). Вопрос 45. Холодная объёмная штамповка. Холодная объёмная штамповка – разновидность обработки давлением, целью которой является получение объёмных деталей. Выполняется на прессах или специальных холодноштамповочных автоматах. Характеризуется высоким КИМ, высокой стоимостью инструмента (крупносерийное и массовое производство), высокой прочностью изделий. Основными разновидностями ХОШ являются высадка, выдавливание, объёмная формовка, чеканка. Высадка – образование на заготовке местных утолщений требуемой формы в результате осадки её конца. Заготовкой служит холоднотянутый материал в виде проволоки или прутка из чёрных или цветных металлов. Изготавливают стандартные или специальные крепёжные детали, кулачки, валы-шестерни, детали электронной аппаратуры и так далее. Осуществляется на прессах, ГКМ, автоматических прессах. Выдавливание – формообразование сплошных и полых изделий при помощи пластического течения металла из замкнутого объёма через отверстия заданной формы. Заготовки из прутков или вырубленных частей листов. Изготавливают различные типы деталей, в том числе и стержневые. Объёмная формовка – формообразование путём заполнения металлом полости штампа. Чаще производится в открытых штампах. Изготавливают пространственные детали сложных форм, сплошные и с отверстиями. Заготовка – пруток или полоса. Чеканка – образование рельефных изображений на деформируемом материале. Осуществляется в закрытых штампах, на чеканочно-фрикционных и гидропрессах. Вопрос 46. Холодная листовая штамповка. Листовая штамповка – разновидность холодной обработки давлением, при которой листовой материал штампуется в холодном или подогретом состоянии. Листовой штамповкой изготавливаются разнообразные объёмные и плоские детали: от секундной стрелки часов до металлической посуды, крышек, облицованных деталей автомобилей. В качестве материалов используют: низкоуглеродистые стали, пластические легированные стали, цветные металлы и сплавы, драгоценные металлы, а также оргстекло, целлулоид, войлок. Основные преимущества: 1. Возможность изготовления прочных, лёгких и жёстких деталей разной формы, которые невозможно получить иначе; 2. Высокие точности размеров, минимальная механическая обработка; 3. Сравнительная простота механизации и автоматизации производства – сверхвысокая производительность; 4. Хорошая приспосабливаемость к масштабам производства. ХЛШ заключается в выполнении в определённой последовательности разделительных и формоизменяющих операций, посредством чего заготовке и придаётся форма и размеры детали. Вопрос 47. Холодная обработка давлением. Холодная обработка давлением производится без нагрева заготовки и сопровождается деформационным упрочнением металла. ХОД является одним из наиболее прогрессивных методов получения высококачественных небольших заготовок из стали и цветных металлов. Она обеспечивает достаточно высокую точность формы и размеров, малую шероховатость поверхности при малом расходе металла, низкой трудоёмкости и себестоимости процесса. Процессы ХОД часто выполняются за несколько переходов, постепенно приближая форму и размеры заготовки к форме и размерам требуемой детали, осуществляя промежуточный отжиг для снятия наклёпа и восстановления пластических свойств металла. В зависимости от характера деформирования и конструкции штампов, ХОД делят на объёмную и листовую. Вопрос 48. Вырубка. Полное отделение части заготовки по замкнутому контуру. Процесс разделения деформируемого металла штампами в разделительных операциях листовой штамповки аналогичен процессу разделения ножницами. Рабочие части штампа (пуансона и матрицы) являются «ножами», имеющими сопряжённые режущие кромки. При чистовых операциях точность размеров обработанных поверхностей детали обеспечивается до 7 квалитета с шероховатостью по всей поверхности разделения до Ra = 1,25 мкм. Наиболее распространенные способы вырубки: 1. Ступенчатым пуансоном – для простых контуров вырубки при толщине обрабатываемого материала не более 3 мм. Применение острых углов в плане проёма матрицы исключается. Режущая рабочая кромка матрицы должна быть скруглена; 2. Реверсивный способ – в процессе обжатия ребром прижима деталь надрезается до 20 % в сторону, обратную направлению окончательной вырубки. Применяется при обработке тонколистовых сталей для исключения появления относительно больших заусенцев; Точность деталей. При обычной вырубке задаётся точность размеров контуров разделения и не задаётся точность элементов самой поверхности разделения. При чистовой вырубке точность задаётся и для того, и для другого. Контур разделения связан с контуром, по которому располагается режущая кромка инструмента – контуром проема матрицы. Вопрос 49. Вытяжка. Вытяжка – формоизменение листовой заготовки в чаше- или коробообразную форму, а также углубление заготовки такого типа, происходящее за счет втягивания пуансоном в матрицу части материала – образование полой заготовки из плоской или полой листовой заготовки. Существует несколько видов вытяжки: 1. Осесимметричная – вытяжка оболочки из осесимметричной заготовки осесимметричными матрицей и пуансоном; 2. Неосесимметричная – вытяжка неосесимметричной оболочки; 3. Сложная вытяжка – вытяжка оболочки сложной формы; 4. Многооперационная – для формообразования которой требуется несколько операций; 5. С утонением стенки – вытяжка, в результате которой получаются детали типа стакана; вытяжка состоит в увеличении высота детали за счёт уменьшения толщины стенки; 6. Комбинированная вытяжка – соединение нескольких видов вытяжки, которые можно выполнить одним инструментом; 7. Ротационная – при относительном вращении заготовки и матрицы. Вопрос 50. Обжим. Обжим – формоизменение трубы, в результате чего укорачивается и сужается контур поперечного сечения на отдельном кольцевом участке или по всей длине – уменьшение размеров поперечного сечения трубы путём одновременного воздействия инструментом по всему периметру. Формоизменение производится под действием продольной внешней нагрузки. Заготовка перемещается относительно матрицы и, по мере продвижения в рабочую полость, принимает форму оболочки (детали). Заготовка для обжима может быть различной: цилиндрической и нецилиндрической, круглого и некруглого сечения, с дном и без дна. Матрицы для обжима могут быть как осесимметричными, так и несимметричными. Вопрос 51. Холодная ротационная вытяжка. Ротационная вытяжка – процесс формоизменения плоских или полых вращающихся заготовок по профилю оправки с помощью перемещающейся деформирующей нагрузки – вытяжка при относительном вращении инструмента и заготовки. При данном виде вытяжки имеется локальный очаг деформации, который образуется воздействием ролика на заготовку. Локализованная деформирующая нагрузка при ротационной вытяжке позволяет получать за один поход высокие (до 80 %) степени деформации, что делает процесс более экономически выгодным, нежели, например, штамповка. Таким методом получают полые детали с постоянной и переменной толщиной стенки, с широким диапазоном размеров и форм. Холодную ротационную вытяжку с успехом используют как для обработки обычных сталей и сплавов, так и для обработки трудно деформируемых и тугоплавких материалов. Рабочий профиль деформирующего ролика можно изменять в широких пределах; это, в сочетании с оптимальными режимами обработки, позволяет регулировать качество изделия: получать высокую размерную точность и низкую шероховатость поверхности. Вопрос 52. Горячая обработка давлением. Вопрос 53. Молотовая ковка. Молотовая ковка – механизированная разновидность ковки, для которой инструментом, периодически контактирующим с заготовкой и придающим ему форму и размеры детали, является молот. Инструменты для молотовой ковки подразделяют на три вида: 1. Основной технологический инструмент: бойки, плиты для осадки, оправки, прошивки, кольца, раскатки, уголки, обжимки, пережимки, топоры; 2. Поддерживающий инструмент: клещи, стойки, патроны; 3. Мерительный инструмент: кронциркули, угольники, нутромеры, линейки, калибры, шаблоны. По специализации инструменты делятся на универсальные и специализированные. Ковочные инструменты изготовляют, в основном, из марок сталей, соответствующих предназначению инструмента. Инструмент, подвергаемый ударным нагрузкам, рекомендуется подогревать до 150-200 градусов для достижения необходимой стойкости. На молотах производят следующие операции: осадка, прошивка, протяжка, передача, разрубка, правка и так далее. При помощи ковки на молотах получают: … Вопрос 54. Штамповка. Вопрос 55. Ковка. Способ обработки металлов давлением, при котором после многократного воздействия на заготовку она принимает заданные форму и размеры детали. Различают ковку машинную (в штампах или между гладкими бойками) или ручную. Ручная ковка появилась около 6 тысяч лет назад в Египте, Месопотамии, позднее в Персии и использовалась для обработки меди, золота, серебра. Сегодня практически во всём мире в промышленном производстве используют только машинную ковку для обработки практически любых металлов и сплавов; при помощи неё получают… Вопрос 56. Штамповка на ГКМ. Горизонтально-ковочные машины выбираются по номинальному усилию, которое варьируется от 1 до 32 МН. Штамп состоит из трёх частей: подвижной (зажимной), неподвижной матриц и пуансона, размыкающихся в 2 взаимно перпендикулярных плоскостях. Пруток с нагретым концом помещается в неподвижную матрицу; его положение определяется упором. При включении машины подвижная матрица прижимает пруток к неподвижной, упор автоматически убирается, затем пуансон соприкасается с выступающей частью прутка и деформирует её. Штамповка выполняется за несколько переходов в отдельных ручьях, оси которых располагаются одна над другой. Осуществляются операции: высадка, прошивка, пробивка. В качестве заготовки применяются прутки круглого или квадратного сечения, трубный прокат. Штампуют: стержни с утолщениями и глухими отверстиями, кольца, трубчатые детали со сквозными или глухими отверстиями. Напуски практически отсутствуют, однако, машина малоуниверсальна и высокозатратна. Вопрос 57. Штамповка на РКМ. Штамповка на ротационно-ковочных машинах подобна операции протяжки и заключается в местном обжатии по периметру. Заготовку в виде прутка или трубы помещают в отверстие между бойками машины, находящимися на шпинделе. Бойки могут свободно скользить в радиально расположенных пазах шпинделя. При вращении шпинделя ролики, помещённые в обойме, толкают бойки, которые наносят удары по заготовке. В исходное положение бойки возвращаются под действием центробежных сил. Получают поковки, имеющие форму тел вращения. Результатом работы некоторых видов машины могут быть также поковки квадратного, прямоугольного и других сечений. Вопрос 58. Штамповка на высадочных автоматах. Вопрос 59. Заготовки из проката. Вопрос 60. Сварные и комбинированные заготовки. Вопрос 61. Заготовки, получаемые методами порошковой металлургии. Заготовки из порошковых материалов получают холодным и горячим прессованием, изостатическим формованием, прокаткой и другими способами. При холодном прессовании порошок засыпают в пресс-форму и прессуют пуансоном. В процессе прессования увеличивается контакт между частицами, уменьшается пористость и происходит дробление частиц порошка. С увеличением давления прочность заготовки возрастает, однако, нагрузка распределяется по заготовке неравномерно, отчего получаются разная пористость по высоте и разная локальная прочность. Поэтому возможно и двустороннее прессование. При горячем прессовании технологически совмещаются прессование и спекание заготовки. Благодаря нагреву, уплотнение происходит гораздо интенсивнее, отчего можно снизить давление прессования. Получается также и высокая однородность структуры. Изостатическое (всестороннее) формование применяют для получения крупных заготовок (более 500 кг). Отсутствие потерь на внешнее трение и равномерное давление со всех сторон создают возможность получать высокую плотность заготовки при сравнительно невысоком на неё давлении. Прокатка – наиболее перспективный и производительный метод переработки порошковых материалов. Характерными особенностями являются высокая степень автоматизации и непрерывность. Вопрос 62. Заготовки из конструкционной керамики. Вопрос 63. Выбор заготовок. Этапы.