Методическая разработка Курс лекций по дисциплине «Технология обработки конструкционных материалов»
Скачать 0.76 Mb.
|
2.3.7 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.16,а) расплавленный металл из ковша 1 заливают по специальному желобу 2 во вращающуюся форму 3 с частотой вращения 200-1400мин. 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.16,б) расплавленный металл из ковша 1 заливают во вращающуюся форму 2 с частотой вращения 160-500мин. Растекаясь по дну изложницы, металл увлекается  Рисунок 16. Схемы изготовления отливок на центробежных машинах с осью вращения: а – горизонтальной; б – вертикальной 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. При вращении формы вокруг вертикальной оси внутренняя свободная поверхность расплава приобретает форму параболоида вращения, что приводит к разностенности отливки по высоте. Это снижает применение таких машин. Для изготовления отливок центробежным литьем используют автоматические однопозиционные и многопозиционные карусельные машины, в которых управление всеми технологическими операциями процесса осуществляется от ЭВМ. При центробежном литье исключаются затраты на изготовление стержней, меньше расход металла на литниковую систему, лучше заполняемость форм металлом, выше плотность отливки, чем при литье в песчаные формы. 2.3.8 Литье под регулируемым давлением Литье вакуумным всасыванием При литье вакуумным всасыванием (рис. 17 ) водоохлаждаемая литейная форма 5 заполняется расплавленным металлом из раздаточной печи 1 за счет разряжения, создаваемого в ней вакуумным насосом. Литейная форма 3 при заполнении ее металлом опирается на керамический поплавок 2. Во время непродолжительной выдержки формируется отливка 4. Затем полость формы соединяется с атмосферой, и не затвердевший металл сливается в раздаточную печь. Этим способом изготовляют разнообразные втулки, кольца, гайки, колеса компрессоров и другие отливки из медных, алюминиевых и других сплавов. Преимущество литья вакуумным всасыванием состоит в устранении брака по газовым раковинам и пористости, так как отливка образуется при последовательной кристаллизации.  Рисунок 17. Схема литья вакуумным всасыванием 3. Технология обработки металлов давлением 3.1 Сущность обработки металлов давлением, пластическое деформирование. Обработкой металлов давлением называют технологический метод производства заготовок или деталей машин путем пластического деформирования, которое осуществляется силовым воздействием инструмента на исходную заготовку. Обработкой давлением получают не только заданную форму и размеры, но и обеспечивают требуемое качество металла. Деформации различают: 1) упругие – восстанавливают исходное состояние после прекращения действия инструмента; 2) пластические – изменение формы и размера сохраняется. Упругая деформация характеризуется смещением атомов относительно друг друга на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исходное положение. При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на расстояния, большие межатомных, и после снятия внешних сил не возвращаются в свое исходное положение, а занимают новые положения равновесия. В новые положения равновесия атомы могут переходить в результате смещения в определенных параллельных плоскостях, без существенного изменения расстояний между этими плоскостями. Одно из условий пластической деформации – условие постоянства объема, т.е. объем тела до пластической деформации равен его объему после деформации. 3.2 Влияние обработки давлением на структуру и свойства металла. Изменение структуры и свойств металла при обработке давлением определяется температурно-скоростными условиями деформирования, в зависимости от которых различают: а) холодную и в) горячую деформации.  Рисунок 18. Схемы изменения микроструктуры: а – холодной; б – горячей. Холодная деформация характеризуется изменением формы зерен, которые вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металлов (рис.18,а). При этом формоизменение сопровождается изменением механических и физико-химических свойств металла. Это явление называют упрочением (наклепом) При холодной пластической деформации повышаются характеристики прочности, а пластичности снижаются. Металл становится более твердым, но менее пластичным. Эти изменения необратимы, но могут быть устранены с помощью термической обработки (отжигом) При этом происходит внутренняя перестройка за счет тепловой энергии, увеличивающей подвижность атомов, и из множества центров растут новые зерна, заменяющие собой вытянутые, деформированные зерна. Новые зерна, появляющиеся взамен деформированных зерен, имеют примерно одинаковые размеры по всем направлениям. Явление зарождения и роста новых равновесных зерен взамен деформированных, вытянутых называется рекристаллизацией. Рекристаллизация протекает быстрее, при более высокой температуре нагрева. При температурах ниже температуры начала рекристаллизации наблюдается явление, называемое возвратом (отдыхом). При возврате форма и размеры деформированных, вытянутых зерен не изменяются, но частично снимаются остаточные напряжения, которые возникают из-за неоднородного нагрева или охлаждения (при литье и обработке давлением). Снятие остаточных напряжений при возврате почти не изменяет механические свойства металла, но влияет на физико-химические свойства (повышается электрическая проводимость, сопротивление коррозии). Горячей деформацией называют деформацию характеризующуюся таким соотношением скоростей деформирования и рекристаллизации, при котором рекристаллизация успевает произойти во всем объеме заготовки и микроструктура после обработки давлением оказывается равновесной, без следов упрочения (рис.18,б). Для обеспечения этих условий приходится с увеличением скорости деформации повышать температуру нагрева заготовки. Неполная горячая деформация приводит к снижению механических свойств и пластичности, поэтому нежелательна. 3.3 Виды обработки давлением и типы применяемого оборудования. В зависимости от материала заготовки, формы и размеров изделий, типа производства применяют следующие виды обработки давлением: прокатку, волочение, прессование, ковку, штамповку. Основная масса выплавляемой в сталеплавильных цехах стали поступает в прокатные цехи в виде слитков (рис.19,а) П р о к а т к а – деформирование холодного или нагретого металла вращающимися валками для изменения формы и размеров поперечного сечения и увеличения длины заготовки (рис.19,б). Прокатке подвергают до 90% всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. Прокатку слитков производят на мощных обжимных станах – слябингах и блюмингах 1 – с валками диаметром 800-1400мм, а более мелкие заготовки прокатывают на заготовочных станах 2 (рис.19,в). На блюмингах и слябингах после каждого прохода (их бывает 12-18) верхний валок автоматически опускается на расстояние, равное деформации заготовки, проходящей при следующем проходе. Автоматическая система управления блюмингом включает в себя электронное устройство для счета проходов металла через валки и следящую систему с датчиком положения верхнего валка и устройством для программирования обжатий заготовки.  Рисунок 19. Схема получения заготовок давлением Технологические процессы прокатки обычно состоят из двух стадий: прокатки слитка в полупродукт; прокатки полупродукта в готовый прокат. Получаемый из полупродукта прокат применяют либо непосредственно в конструкциях, либо в качестве заготовок для последующей ковки, штамповки, сварки и изготовления деталей обработкой резанием. Совокупность различных профилей разных размеров называют сортаментом. Наиболее распространенный вид проката – продольный. Кроме него выделяют еще два вида: поперечный и поперечно-винтовой прокат. Инструментом для проката являются валки, которые могут быть гладкими (для проката листов, лент) (рис.19,ж) и ручьевыми (для получения сортового проката) (рис.19, з, и). Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка. Совокупность ручьев пары валков образует калибр прокатного стана. Комплект прокатных валков со станиной называют рабочей клетью. Рабочие клети по числу и расположению валков могут быть двухвалковые (рис.19,б), четырехвалковые и многовалковые (рис.19,в). Прокатные станы могут быть одноклетьевые (с одной рабочей клетью) и многоклетьевые. По назначению прокатные станы подразделяют на станы для производства полупродукта и станы для выпуска готового проката. К первой группе относят обжимные станы блюминги, дающие заготовку для сортового проката (рис.19,е), и слябинги (рис.19,г), дающие заготовку для листового проката, а также заготовочные - для получения полупродукта более мелкого сечения. К станам для производства готового проката относят: сортовые, листовые, трубные и специальные. Исходной заготовкой при прокате служат слитки: стальные массой до 50 т., из цветных металлов и сплавов массой до 10 т.. При производстве сортовых профилей стальной слиток прокатывают на БЛЮМИНГЕ, получая заготовки квадратного сечения-БЛЮМЫ. При производстве листового проката слитки прокатывают на СЛЯБИНГЕ, получая заготовки СЛЯБЫ. Сортамент прокатываемых профилей делят на четыре группы: листовой прокат, сортовой прокат, трубы, и прокат специальных видов. 1)Листовой прокат получают прокаткой слябов на листовых станах. Листы толщиной 4-160мм. – толстолистовой прокат, а толщиной 0,2-4мм. – тонколистовой прокат. Листы толщиной менее 0,2мм называют фольгой. В зависимости от назначения листовую сталь делят на: электротехническую, автотракторную, судостроительную и т.д. Изделия из холоднокатной стали имеют более высокую точность и менее шероховатую поверхность, чем из горячекатной стали. 2)Сортовой прокат делится на: а) простой (в сечении квадрат, круг, прямоугольник, шестигранник) и б) сложной фасонной формы (двутавровые балки, швеллеры, рельсы, уголки и т.д.) 3)Трубы получают сваркой заготовок свернутых из полосы (диаметром от 10-1420мм.) (рис.19,к) или прокаткой из заготовок круглого сечения на автоматических трубопрокатных станах (бесшовные трубы диметром 30-650 мм.) 4)Специальные виды проката - колеса, кольца, оси, втулки, шары, сверла, зубчатые колеса, винты с крупной резьбой и т.д.- получают на деталепрокатных станах. Для прокатного производства характерны принципы непрерывности технологических операций, комплексная автоматизация и механизация. Волочение Волочение заключается в протягивании под действием силы Р (рис.20,а) заготовки (обычно в холодном состоянии) через отверстие, сечение которого меньше исходного сечения заготовки. Инструмент с таким отверстием называют волокой. Конфигурация отверстия определяет форму получаемого профиля. 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). В этом случае профиль полученной трубы определяется зазором между волоокой и оправкой. Для преодоления сил трения металла об инструмент применяют смазку (графитовую) и полирование отверстия в волоке.  Рисунок 20 Схемы волочения: а – прутков; б – труб без оправки; в – на неподвижной пробке при короткой оправке; г – на длинной оправке, движущейся вместе с трубой; д – на свободной (плавающей) оправке. В волоке изделия наклепываются, что приводит к упрочению металла. Для восстановления пластичности упрочненный металл подвергают промежуточному отжигу. При большом числе пропусков отжиг повторяют несколько раз. Так как волочение проводят в условиях холодной деформации, оно обеспечивает точность размеров, низкую шероховатость поверхности, получение очень тонкостенных профилей. Волоку изготовляют из инструментальных сталей, металлокерамических сплавов и технических алмазов. Волочение выполняют на барабанных и цепных волочильных станах. Волочильные станы состоят из двух основных частей: станины с держателями для волоки и тянущего устройства для протягивания заготовки через волоку. Тянущие устройства бывают с прямолинейным движением обрабатываемой заготовки для волочения прутков и труб и барабанные с наматыванием проволоки. Сортамент изделий, изготовляемых волочением, очень разнообразен: проволока диаметром 0,002-5мм и фасонные профили (призматические и фасонные направляющие; сегментные, призматические и фасонные шпонки; шлицевые валики; опорные призмы, ножи ит.д.) Волочением калибруют стальные трубы диаметром от капиллярных до 200мм, стальные трубы диаметрами 3-150мм. Ковка Ковка – это последовательное деформирование усилием N нагретой заготовки 1 (рис.19,н) рабочими поверхностями 2 универсального инструмента – бойков при свободном течении металла в стороны (свободная ковка) (Рис.19,н). При ковке в штампах течение нагретого металла после удара ограничено стенками штампа (универсального инструмента) и поэтому заготовка принимает форму штампа (ковка в штампах). Бойки могут быть плоские и фигурные, а также применяется различный подкладной инструмент. Исходными заготовками могут быть слитки, блюмы, сортовой прокат. Ковкой получают разнообразные по форме и размерам поковки массой до 300т, которые служат заготовками для последующей обработки резанием. Широкое применение находят автоматизированные ковочные комплексы с программным управлением. Ковка единственный способ изготовления валов гидрогенераторов, роторов, турбогенераторов, втулок, ободов крупных электрических машин. К основным операциям ковки относятся осадка, протяжка, прошивка, отрубка, гибка. Осадка – операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади поперечного сечения. Осаживают заготовки между бойками или подкладными плитами (рис.21,а).  Рисунок 21 Схемы осадки в кольцах (а) и высадки (б) Разновидностью осадки является высадка, при которой металл осаживают лишь на части длинны заготовки (рис 21,б). Протяжка – операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения (рис.22,а). Протяжку проводят последовательными ударами или нажатиями на отдельные участки  Рисунок 22 Схемы протяжки и ее разновидности заготовки. Протягивать можно плоскими (рис.22,а) или вырезными (рис.22,в) бойками. При протяжке на плоских бойках в центре изделия могут возникнуть значительные растягивающие напряжения, которые приводят к образованию осевых трещин. При протяжке с круга на круг в вырезных бойках силы, направленные с четырех сторон к осевой линии заготовки, способствуют более равномерному течению металла и устранению возможности образования осевых трещин. Деформация при протяжке может быть выражена величиной уковки:  У=  , (4)где F  – начальная (большая) площадь поперечного сечения;F  – конечная (меньшая) площадь поперечного сечения после протяжки.Чем больше уковка, тем лучше прокован металл, тем выше его механические свойства. Поэтому протяжку применяют не только для получения поковок с удлиненной осью (валы, рычаги, тяги и т.д.), но и в чередовании с осадкой – для большей уковки металла заготовки. Протяжка имеет ряд разновидностей. Разгонка – операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины (рис.22,г) Протяжка с оправкой - операция увеличения длинны пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок (рис.22,д) Раскатка на оправке – операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок (рис.22,е) |
Похожие:
 | Ярославский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения | | Типовая информационная технология сбора, передачи, обработки и выдачи информации в централизованных системах обработки данных 17 |
| Методическая разработка составлена в соответствии с требованиями фгос впо третьего поколения | | Курс лекций разработан в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Основы архивного дела» для специальности 034702 «Документационное... |
 | Методическая разработка предназначена для преподавателей учреждений среднего профессионального образования с целью проведения учебного... | | Методическая разработка составлена на основе Федерального государственного образовательного стандарта по специальностям среднего... |
| Методическая разработка предназначена для проведения дифференцируемого зачета по дисциплине «Английский язык» в учреждении среднего... | | Методическая разработка предназначена для обучающихся специальности 38. 02. 01 |
| Специальность 05. 27. 06 – Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники | | Понятие информационная потребность тесно связано с понятием цели и функции управления. Можно сказать, что потребность в информации... |