Обработка конструкционных материалов реферат

Обновлено: 07.07.2024

Современное металлургическое производство представляет собой комплекс различных производств, базирующихся на месторождениях руд и коксующихся углей, энергетических комплексах. Оно включает:

шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей;

горно-обогатительные комбинаты, где обогащают руды, подготавливая их к плавке;

коксохимические заводы (подготовка углей, их коксование и извлечение из них полезных химических продуктов);

энергетические цехи для получения сжатого воздуха (для дутья доменных печей), кислорода, очистки металлургических газов;

доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов или цехи для производства железорудных металлизованных окатышей;

заводы для производства ферросплавов;

сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные);

прокатные цехи (слиток в сортовой прокат).

Основная продукция чёрной металлургии:

чугуны: передельный, используемый для передела на сталь, и литейный, для производства фасонных отливок;

железорудные металлизованные окатыши для выплавки стали;

ферросплавы (сплавы железа с повышенным содержанием марганца, кремния, ванадия, титана и т.д.) для легированных сталей;

стальные слитки для производства проката,

стальные слитки для изготовления крупных кованных валов, дисков (кузнечные слитки).

Основная продукция цветной металлургии:

слитки цветных металлов для производства проката;

слитки для изготовления отливок на машиностроительных заводах;

лигатуры - сплавы цветных металлов с легирующими элементами для производства сложных легированных сплавов;

слитки чистых и особо чистых металлов для приборостроения и электротехники.

Материалы для производства металлов и сплавов

Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флюсы, топливо, огнеупорные материалы.

Промышленная руда - горная порода, из которой целесообразно извлекать металлы и их соединения (содержание металла в руде должно быть не менее 30…60% для железа,

3. .5% для меди, 0,005…0,02% для молибдена).

Руда состоит из минералов, содержащих металл или его соединения, и пустой породы. Называют руду по одному или нескольким металлам, входящим в их состав, например: железные, медно-никелевые.

В зависимости от содержания добываемого элемента различают руды богатые и бедные. Бедные руды обогащают - удаляют часть пустой породы.

Флюсы - материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды или концентратом и золой топлива. Такое соединение называется шлаком.

Обычно шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому он располагается над металлом и может быть удален в процессе плавки. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым, если в его составе преобладают кислотные оксиды (), и основным, если в его составе больше основных оксидов ()

Вводят в виде агломерата и окатышей.

Топливо - в металлургических печах используется кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) газ.

Кокс получают сухой перегонкой при температуре 1000 0 С (без доступа воздуха) каменного угля коксующихся сортов. В коксе содержится 80…88% углерода, 8…12% золы, 2…5% влаги. Куски кокса должны иметь размеры 25…60 мм. Это прочное неспекающееся топливо, служит не только горючим для нагрева, но и химическим реагентом для восстановления железа из руды.

Огнеупорные материалы применяют для изготовления внутреннего облицовочного слоя (футеровки) металлургических печей и ковшей для расплавленного металла.

Они способны выдержать нагрузки при высоких температурах, противостоять резким изменениям температуры, химическому воздействию шлака и печных газов.

По химическим свойствам огнеупорные материалы разделяют на группы: кислые (кварцевый песок, динасовый кирпич), основные (магнезитовый кирпич, магнезитохромитовый кирпич), нейтральные (шамотный кирпич).

Взаимодействие основных огнеупорных материалов и кислых шлаков, и наоборот, может привести к разрушению печи.

Углеродистый кирпич и блоки содержат до 92% углерода в виде графита, обладают повышенной огнеупорностью. Применяются для кладки лещади доменных печей, электролизных ванн для получения алюминия, тиглей для плавки и разливки медных сплавов.

Чугун - сплав железа и углерода с сопутствующими элементами (содержание углерода более 2,14%).

Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы.

К железным рудам относятся:

магнитный железняк () с содержанием железа 55…60%, месторождения - Соколовское, Курская магнитная аномалия (КМА);

красный железняк () с содержанием железа 55…60%, месторождения - Кривой Рог, КМА;

бурый железняк (гидраты оксидов железа 2Fe₂O₃ * 3H₂O и Fe₂O₃ * H₂O) c содержанием железа 37…55% - Керчь.

Марганцевые руды применяются для выплавки сплава железа с марганцем - ферромарганца (10…82% ), а также передельных чугунов, содержащих до 1% марганца. Mарганец в рудах содержится в виде окислов и карбонатов: и др.

Хромовые руды применяются для производства феррохрома, металлического хрома и огнеупорных материалов - хромомагнезитов.

Топливом для доменной плавки служит кокс, возможна частичная замена газом, мазутом.

Флюсом является известняк или доломитизированный известняк, содержащий и , так как в шлак должны входить основные оксиды (), которые необходимы для удаления серы из металла.

Подготовка руд к доменной плавке осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна.

Метод подготовки зависит от качества руды.

Дробление и сортировка руд по крупности служат для получения кусков оптимальной величины, осуществляются с помощью дробилок и классификаторов.

Обогащение руды основано на различии физических свойств минералов, входящих в ее состав:

а) промывка - отделение плотных составляющих от пустой рыхлой породы;

б) гравитация (отсадка) - отделение руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита: пустая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой, а рудные минералы опускаются;

в) магнитная сепарация - измельчённую руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы и отделяющего их от пустой породы.

Окусковывание производят для переработки концентратов в кусковые материалы необходимых размеров. Применяют два способа окусковывания: агломерацию и окатывание.

При агломерации шихту, состоящую из железной руды (40…50%), известняка (15…20%), возврата мелкого агломерата (20…30%), коксовой мелочи (4…6%), влаги (6…9%), спекают на агломерационных машинах при температуре 1300…1500 0 С. При спекании из руды удаляются вредные примеси (сера, мышьяк), разлагаются карбонаты, и получается кусковой пористый офлюсованный агломерат,

При окатывании шихту из измельчённых концентратов, флюса, топлива увлажняют и при обработке во вращающихся барабанах она приобретает форму шариков-окатышей диаметром до 30 мм. Их высушивают и обжигают при температуре 1200…1350 0 С.

Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса- известняка в доменную печь при плавке.

Чугун выплавляют в печах шахтного типа - доменных печах.

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

При выплавке чугуна решаются задачи:

Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определённого химического состава.

Оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нём золы кокса и удаление его из печи.

Устройство и работа доменной печи.

Доменная печь (рис.1.1) имеет стальной кожух, выложенный огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник 6, шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15.

Рис.1.1 Устройство доменной печи

В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту. Шихту подают в вагонетки 9 подъемника, которые передвигаются по мосту 12 к засыпному аппарату и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 - в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу.

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

Полезный объем печи - объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании.

Полезная высота доменной печи (Н) достигает 35 м, а полезный объем - 2000…5000 м 3 .

В верхней части горна находятся фурменные устройства 14, через которые в печь поступает нагретый воздух, необходимый для горения топлива. Воздух поступает из воздухонагревателя, внутри которого имеются камера сгорания и насадка из огнеупорного кирпича, в которой имеются вертикальные каналы. В камеру сгорания к горелке подается очищенный доменный газ, который, сгорая, образует горячие газы. Проходя через насадку, газы нагревают ее и удаляются через дымовую трубу. Через насадку пропускается воздух, он нагревается до температуры 1000…1200 0 С и поступает к фурменному устройству, а оттуда через фурмы 2 - в рабочее пространство печи. После охлаждения насадок нагреватели переключаются.

Горение топлива. Вблизи фурм природный газ и углерод кокса, взаимодействуя с кислородом воздуха, сгорают:

В результате горения выделяется большое количество теплоты, в печи выше уровня фурм развивается температура выше 2000 0 С. Продукты сгорания взаимодействуют с раскаленным коксом по реакциям:

Образуется смесь восстановительных газов, в которой окись углерода является главным восстановителем железа из его оксидов. Для увеличения производительности подаваемый в доменную печь воздух увлажняется, что приводит к увеличению содержания восстановителя.

Горячие газы, поднимаясь, отдают теплоту шихтовым материалам и нагревают их, охлаждаясь до 300…400 0 С у колошника.

Шихта (агломерат, кокс) опускается навстречу потоку газов, и при температуре около 570 0 С начинается восстановление оксидов железа.

Восстановление железа в доменной печи.

Закономерности восстановления железа выявлены академиком Байковым А.А.

Восстановление железа происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте и повышения температуры от высшего оксида к низшему, в несколько стадий:

Температура определяет характер протекания химических реакций.

Восстановителями окcидов железа являются твердый углерод, оксид углерода и водород.

Восстановление твердым углеродом (коксом) называется прямым восстановлением, протекает в нижней части печи (зона распара), где более высокие температуры, по реакции:

Восстановление газами ( и ) называется косвенным восстановлением, протекает в верхней части печи при сравнительно низких температурах, по реакциям:

За счет и восстанавливаются все высшие оксиды железа до низшего и 40…60% металлического железа.

При температуре 1000…1100 0 C восстановленное из руды твердое железо, взаимодействуя с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно растворяет углерод. При насыщении углеродом температура плавления понижается и на уровне распара и заплечиков железо расплавляется (при температуре около 1300 0 С).

Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до 4%), марганцем, кремнием, фосфором, которые при температуре 1200 0 C восстанавливаются из руды, и серой, содержащейся в коксе.

В нижней части доменной печи образуется шлак в результате сплавления окислов пустой породы руды, флюсов и золы топлива. Шлаки содержат . Шлак образуется постепенно, его состав меняется по мере стекания в горн, где он скапливается на поверхности жидкого чугуна, благодаря меньшей плотности. Состав шлака зависит от состава применяемых шихтовых материалов и выплавляемого чугуна.

Чугун выпускают из печи каждые 3…4 часа через чугунную летку 16, а шлак - каждые 1…1,5 часа через шлаковую летку 17 (летка - отверстие в кладке, расположенное выше лещади).

Летку открывают бурильной машиной, затем закрывают огнеупорной массой. Сливают чугун и шлак в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши.

Чугун поступает в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи, или разливается в изложницы разливочной машиной, где он затвердевает в виде чушек - слитков массой 45 кг.

Продукты доменной плавки.

Основным продуктом доменной плавки является чугун.

Передельный чугун предназначается для дальнейшего передела в сталь. На его долю приходится 90% общего производства чугуна. Обычно такой чугун содержит 3,8…4,4% углерода, 0,3…1,2% кремния, 0,2…1% марганца, 0,15…0, 20% фосфора, 0,03…0,07% серы.

Литейный чугун применяется после переплава на машиностроительных заводах для получения фасонных отливок.

Кроме чугуна в доменных печах выплавляют

Ферросплавы - сплавы железа с кремнием, марганцем и другими элементами. Их применяют для раскисления и легирования стали.

Побочными продуктами доменной плавки являются шлак и доменный газ.

Из шлака изготовляют шлаковату, цемент, удобрения (стараются получить гранулированный шлак, для этого его выливают на струю воды).

Доменный газ после очистки используется как топливо для нагрева воздуха, вдуваемого в печь.

Важнейшие технико-экономические показатели работы доменных печей

1. Коэффициент использования полезного объёма доменной печи (КИПО) - это отношение полезного объема печи V (м 3 ) к ее среднесуточной производительности Р (т) выплавленного чугуна.

(м 3 /т)

Чем ниже КИПО, тем выше производительность печи. Для большинства доменных печей КИПО = 0,5…0,7 (для передовых - 0,45)

Раздел: Промышленность, производство
Количество знаков с пробелами: 305550
Количество таблиц: 1
Количество изображений: 104

Обработкой конструкционных материалов резанием называется процесс отделения режущими инструментами слоя материала с заготовки для получения детали нужной формы, заданных размеров и шероховатости поверхностей.
Обработка резанием определяет качество изготовляемых машин, их точность, долговечность, а также надежность и стоимость.

Работа содержит 1 файл

ОБРАБОТКА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.doc

1. Назначение обработки конструкционных материалов резанием

1. Суть и назначение обработки конструкционных материалов резанием.

Обработка резанием определяет качество изготовляемых машин, их точность, долговечность, а также надежность и стоимость. Несмотря на то что методы получения заготовок и обработки их на металлорежущих станках беспрерывно совершенствуются, трудоемкость станочных работ в машиностроении составляет наибольшую часть, достигая 30. 50 % общей трудоемкости изготовления машин.

2. Виды заготовок и припуски на обработку.

На металлорежущих станках из заготовок получают окончательно готовые детали. В зависимости от материала, формы и размеров обрабатываемой на станке детали, а также характера производства основные типы металлических заготовок следующие: отливки из чугуна, стали и цветных сплавов; поковки и штамповки из стали и цветных сплавов; сортовой прокат из стали и цветных сплавов, который поступает в виде прутков и разрезается на отдельные заготовки.

Рис. 58. Эскиз детали с припусками на обработку

Припуском называется слой металла, удаляемый с заготовки при обработке. На рис.58 показаны ступенчатый валик и его цилиндрическая заготовка (штриховая линия) с припуском на обработку (заштрихован). От правильности выбора припусков зависят рациональный расход металла и экономичность обработки.

2. Рабочие, установочные и вспомогательные движения в металлорежущих станках

1. Виды движений в металлорежущих станках. Для обработки резанием (точения, сверления, фрезерования и др.) заготовка и режущий инструмент должны совершать определенные движения. Они подразделяются на рабочие, или движения резания, установочные(настроечные) и вспомогательные. Рабочие движения предназначены для снятия стружки, а установочные и вспомогательные — дл подготовки к этому процессу.

Установочные — движения рабочих органов станка, с помощью которых инструмент по отношению к заготовке занимает положение, позволяющее снимать с нее определенный слой материала.

Вспомогательные — движения рабочих органов станка, не имеющие прямого отношения к резанию. Примерами служат: быстрые перемещения рабочих органов станка, транспортирование заготовок и др.

2. Главное движение и движение подачи. Рабочие движения подразделяются на главное движение и движение подачи. С помощью главного движения осуществляется снятие стружки, а движение подачи дает возможность начатое резание распространить на необработанные участки поверхности заготовки. Например, при сверлении вращение сверла является главным движением, позволяющим начать резание при соприкосновении сверла с заготовкой,

а перемещение сверла вдоль оси является движением подачи, дающим возможность распространить процесс на последующие объемы металла и, таким образом, просверлить необходимое отверстие.

3. Виды главного движения и движения подачи. В металлорежущих станках главное движение чаще всего бывает вращательным (токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные станки) или прямолинейным (возвратно-поступательным — строгальные и долбежные станки). Главное движение может сообщаться заготовке (станки токарной группы, продольно-строгальные станки) или режущему инструменту (фрезерные, сверлильные, поперечно-строгальные станки).

В станках с главным вращательным движением подача непрерывна и резание также непрерывно. В станках с возвратно-поступательным движением рабочий ход чередуется с холостым, движение подачи осуществляется перед началом каждого рабочего хода и, следовательно, резание прерывисто.

3. Основные методы обработки резанием.

1. Точение (рис.59, а). Главное движение со скоростью v в этом случае вращение заготовки 2 вокруг оси, а движение подачи - поступательное перемещение инструмента / относительно заготовки (вдоль ее оси, перпендикулярно или под углом к ней).

Рис. 59. Схемы основных методов обработки резанием

Точением обрабатывают преимущественно поверхности вращения на токарных, карусельных, револьверных, расточных станках, токарных автоматах и полуавтоматах. Оно применяется для обработки цилиндрических, конических и фасонных внешних и внутренних поверхностей, торцовых поверхностей, а также для нарезания резьбы.

2. Сверление (рис.59, б). При обработке отверстий на сверлильных станках главным движением является вращение инструмента 1, а движением подачи - перемещение инструмента вдоль своей оси. Так обрабатывают отверстия в сплошном материале 2 или увеличивают размеры имеющихся отверстий. Сверлить можно также на токарных, револьверных, расточных, фрезерных станках, токарных автоматах и др. При сверлении отверстий на станках токарной группы главным движением является вращение заготовки, а движением подачи -перемещение сверла вдоль оси. Чтобы получить более точные отверстия, после сверления их необходимо зенкеровать, растачивать или развертывать.

3. Фрезерование (рис.59, в). При фрезеровании главным движением является вращение инструмента 1, а движением подачи - поступательное перемещение заготовки 2 или фрезы. Применяя раличные фрезы и фрезерные станки, можно обрабатывать разныеповерхности и их комбинации: плоскости, криволинейные поверхности, уступы, пазы и др.

Строгание (рис.59, г). Главное движение при строгании возвратно-поступательное перемещение резца 1 у поперечно-строгальных станков или заготовки 2 в продольно-строгальных. Движением подачи является периодическое перемещение заготовки или резца. Чаще всего строгание используют для обработки плоскостей.
Протягивание (рис.59, д) осуществляют с помощью специального инструмента - протяжки, имеющей на рабочей части зубья, высота которых равномерно увеличивается вдоль протяжки.

Главное движение — продольное перемещение инструмента, движение подачи отсутствует. Протягивание — производительный метод обработки, обеспечивающий высокую точность и малую шероховатость обработанной поверхности заготовки 2.

6. Шлифование (рис. 59, е, ж). При шлифовании главным движением является вращение шлифовального круга 1. Движение подачи обычно комбинированное и слагается из нескольких движений. Например, при круглом внешнем шлифовании — это вращение заготовки 2, продольное перемещение ее относительно шлифовального круга и периодическое перемещение шлифовального круга относительно заготовки.

Шлифование производится для окончательной обработки поверхностей деталей. Чаще всего применяют следующие его методы: 1) круглое внешнее шлифование (рис. 59,e) для обработки внешних поверхностей вращения; 2) круглое внутреннее шлифование — для обработки отверстий; 3) плоское шлифование (рис. 59,ж;) — для обработки плоскостей.

4. Основные части и элементы резца, его геометрические параметры

1. Основные части и элементы резца.

Резец (рис. 60.3) состоит из рабочей части или головки А и стержня или тела Б, предназначенного для закрепления резца в резцедержателе. На рабочей части его, срезающей стружку, заточкой образуют такие поверхности: а) переднюю 4, по которой сходит стружка; б) задние 1 и 6, обращенные к обрабатываемой заготовке. Пересечения передней и задних поверхностей образуют режущие кромки резца. Режущую кромку 5, выполняющую основную работу резания, называют главной, а режущую кромку 3— вспомогательной. Сопряжение главной и вспомогательной режущих кромок образует вершину резца 2.

В некоторых случаях резцы могут иметь переходную режущую кромку 7 и примыкающую к ней переходную заднюю поверхность 8.

Заднюю поверхность 6, проходящую через главную режущую кромку, называют главной задней поверхностью, а поверхность 2, проходящую через вспомогательную режущую кромку,— вспомогательной задней поверхностью.

2. Поверхности на обрабатываемой заготовке, координатные и секущие плоскости.

При станочной обработке заготовки на ней различают такие поверхности (рис. 60 ,а): обрабатываемую 2; обработанную 4; резания 3, образующуюся при резании непосредственно режущей кромкой 4, являющуюся переходной от обрабатываемой поверхности к обработанной.

Рис. 60.. основные части и элементы резца

Для определения углов резца установлены следующие координатные и секущие плоскости: резания 1 и основная 5 (рис. 61, а), главная и вспомогательная секущая плоскости (рис. 61,б).

Рис. 61. Поверхности на обрабатываемой заготовке, координатные плоскости и геометрические параметры резца

Плоскостью резания называют плоскость, касательную к поверхности резания и проходящую через главную режущую кромку резца.

Основной плоскостью называют плоскость, параллельную направлению продольной и поперечной подач.

Главной секущей плоскостью называют плоскость, перпендикулярную к проекции главной режущей кромки на основную плоскость.

Вспомогательной секущей плоскостью называют плоскость, перпендикулярную к проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость.

3. Геометрические параметры режущей части резца.

На рис.61 ,6, где изображен вид резца сверху, показаны следы плоскости резания А—А, главной секущей плоскости N—N, вспомогательной секущей плоскости N₁—N₁ и сечения резца этими плоскостями. Углы резца, измеренные в главной секущей плоскости, называются главными, а измеренные во вспомогательной секущей плоскости — вспомогательными.

К главным углам резца относятся: главный задний угол, угол заострения, передний угол и угол резания.

Главный задний угол α — угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания.

Угол заострения β— угол между передней и главной задней поверхностями резца.

Передний угол γ — угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания. В зависимости от положения передней поверхности резца передний угол может быть различным. Если след передней поверхности в главной секущей плоскости лежит ниже линии ab, перпендикулярной к плоскости резания (рис. 61,e), то передний угол считается положительным. Если след передней поверхности лежит выше линии ab, которая в этом случае идет в тело резца, то передний угол считается отрицательным. Если же след передней поверхности совпадает с линией ab, то γ = 0.

Угол резания δ — угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания.

Между главными углами резца существуют такие соотношения (рис. 61,б): α+β+γ=90°, α+β=δ и, следовательно, δ+γ = 90°.

Углы в плане измеряются в основной плоскости (рис. 61,6).

Главный угол в плане φ— угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи .

Вспомогательный угол в плане φ₁— угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным направлению подачи.

Углом наклона главной режущей кромки λ называют угол между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину' резца параллельно основной плоскости (рис. 61, г). Он измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Угол λ считают положительным, если вершина резца является наиболее низкой точкой главной режущей кромки, и отрицательным, если вершина резца занимает наиболее высокое положение на режущей кромке, и равным нулю, если главная режущая кромка параллельна основной плоскости. От угла λ зависит направление отвода стружки.

При обработке металлов давлением полуфабрикаты и изделия получают пластическим деформированием исходной заготовки без снятия стружки. Этот процесс отличается значительной экономичностью, высоким выходом годного и большой производительностью. Обработка давлением можно изготовить детали самых различных размеров (от миллиметра до нескольких метров) и формы.

Обработка металлов давлением обычно преследует две основные цели: получение изделий сложной формы из заготовок простой формы и улучшение кристаллической структуры исходного литого металла с повышением его физико-механических свойств. Давлением обрабатывают примерно 90% всей выплавляемой стали, а также большое количество цветных металлов и их сплавов.

К обработке металлов давлением относят прокатку, волочение, прессование, ковку, штамповку, и некоторые специальные процессы, например, отделочную и упрочняющую обработку пластическим деформированием и т.д. Методы обработки металлов давлением классифицируют по схемам технологического процесса.

При прессовании металл выдавливают из замкнутой полости через отверстие, получая пруток или трубу с профилем, соответствующим сечению отверстия инструмента. Исходный материал для прессования - слитки или отдельные заготовки. Существуют два метода прессования - прямой и обратный. При прямом прессовании движение пуансона пресса и истечение металла через отверстие матрицы происходят в одном направлении. При обратном прессовании заготовку закладывают в глухой контейнер, и она при прессовании остается неподвижной, а истечение материала из отверстия матрицы, которая крепится на конце полого пуансон, происходит в направлении, обратном движению пуансона с матрицей.

Обратное прессование по сравнению с прямым требует меньших усилий и прессостаток в этом случае меньше, однако меньшая деформация при обратном прессовании приводит к тому, что прессованный пруток сохраняет следы структуры литого металла. Основное преимущество прессованных изделий - точность их размеров. Кроме того, ассортимент изделий, получаемый прессованием, весьма разнообразен, и этим методом можно получить очень сложные профили.

Основные положения обработки металлов давлением

В основе обработки металлов давлением лежит процесс пластической деформации, при котором изменяется форма без изменения массы. Все расчеты размеров и формы тела при обработке давлением основаны на законе постоянства объема, суть которого заключается в том, что объем тела до и после пластической деформации принимается неизменным: V1=V2=const (V1 и V2 - объемы тела до и после деформации).

Изменения формы тела может происходить в направлении трех главных осей; при этом каждая точка стремится перемещаться в том направлении, в котором создается наименьшее сопротивление ее перемещению. Это положение в теории обработки металлов давлением носит название закона наименьшего сопротивления.

При свободном формоизменении тела в различных направлениях наибольшая деформация происходит в том направлении, в котором большинство перемещающихся точек встречает наименьшее сопротивление своему перемещению.

Нагретую заготовку 1 (рис. 1, а) укладывают на нижний боек 3 и верхним бойком 2 последовательно деформируют отдельные ее участки. Металл свободно течет в стороны, не ограниченные рабочими 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.

Основной материал заготовок — стали, цветные металлы и сплавы.

Ковка является единственно возможным способом изготовления тяжелых поковок (до 250 т) типа валов гидрогенераторов, турбинных дисков, коленчатых валов судовых двигателей, валков прокатных станов и т.д. В единичном и мелкосерийном производствах ковка обычно экономически целесообразна. Объясняется это тем, что при ковке используют универсальный (пригодный для изготовления различных поковок) инструмент. Исходными заготовками для ковки тяжелых крупных поковок служат слитки массой до 320 т. Поковки средней и малой массы изготавливают из блюмов и сортового проката квадратного, круглого или прямоугольного сечений.

К основным операциям ковки относятся осадка, протяжка, отрубка, гибка и прошивка (рис. 1).

Рис. 1. Схемы основных операций ковки:

а — осадка; 6 — протяжка; в — гибка; г — отрубка; д — двухсторонняя прошивка;

е — сквозная прошивка

Осадка (рис. 1, а) — операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения.

Протяжка (рис. 1, б) — операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения.

Гибка (рис. 1, в) — операция придания заготовке изогнутой формы по заданному контуру.

Отрубка (рис. 1, г) — операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента — топора.

Прошивка (рис. 1, д, е) — операция получения полостей в заготовке за счет вытеснения металла. Прошивкой можно получить сквозное отверстие или углубление (глухая прошивка).

Ковку выполняют на ковочных молотах (машины динамического, ударного действия) и ковочных гидравлических прессах, рис. 2 (машины статического действия).

Штамповка — это вид обработки металлов давлением, при котором формообразование поковки осуществляют с помощью специального инструмента — штампа.

Рис. 2. Протяжка длинной заготовки на гидравлическом ковочном прессе с нижним расположением цилиндров и рельсовым манипулятором

Течение металла при штамповке ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость по конфигурации поковки.

В качестве заготовок для объемной штамповки в подавляющем большинстве случаев применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки, хотя иногда детали штампуют из прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине. Мерные заготовки отрезают от прутка различными способами: на кривошипных пресс-ножницах, механическими пилами, абразивными кругами, газовой резкой и т.д.

Различают горячую и холодную объемную штамповку.

Кроме того, в зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых и закрытых штампах.

Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает заусенец (облой), который закрывает выход из полости штампа и заставляет металл целиком заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в заусенец выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять особо высоких требований к точности заготовок по массе. Заусенец затем обрезается в специальных штампах.

Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа при этом постоянный и небольшой, так что образование заусенца в нем не предусмотрено. При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполнятся углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше требуемого. Следовательно, в этом случае процесс получения заготовки усложняется, поскольку отрезка заготовок должна обеспечивать высокую точность. Существенное преимущество штамповки в закрытых штампах — уменьшение расхода металла, поскольку нет отхода в заусенец. Поковки, полученные в закрытых штампах, имеют более благоприятную макроструктуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не перерезаются в месте выхода металла в заусенец. При штамповке в закрытых штампах металл деформируется в условиях всестороннего неравномерного сжатия при больших сжимающих напряжениях, чем в открытых штампах. Это позволяет получать большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы.

15. Белые, серые, высокопрочные и ковкие чугуны. Их маркировка, способ получения, область применения, структура
Белые чугуны: состав, свойства, область применения.

Углерод находится в виде цементита Fe3C. Излом будет белый, если сломать. В структуре доэвтектического чугуна HB 550 наряду с перлитом и вторичным цементитом присутствует хрупкая эвтектика (ледебурит), количество которой достигает 100% в эвтектическом чугуне. Структура заэвтектического чугуна состоит из эвтектики (Лп) и первичного цементита, выделяющегося при кристаллизации из жидкости в виде крупных пластин. Высокая твёрдость, трудно обрабатывается резанием. Гл. свойство: высокая износостойкость. Чугун хрупкий. Редко применяется в машиностроении. Используется при изготовлении жерновов на мельнице, прокатные валки на прокатных станках, изгороди делают из этого чугуна. Если отливка небольшая (до 10 кг), то образуется белый чугун при быстром охлаждении.

Получение: В доменных печах выплавляют белые чугуны трех типов: литейный коксовый, передельный коксовый и ферросплавы.

Серый чугун.

Структура не оказывает влияние на пластичность, она остается чрезвычайно низкой. Но оказывает влияние на твердость. Механическая прочность в основном определяется количеством, формой и размерами включений графита. Мелкие, завихренной формы чешуйки графита меньше снижают прочность. Такая форма достигается путем модифицирования. В качестве модификаторов применяют алюминий, силикокальций, ферросилиций.

Серый чугун широко применяется в машиностроении, так как легко обрабатывается и обладает хорошими свойствами.

В зависимости от прочности серый чугун подразделяют на 10 марок (ГОСТ 1412).

Серые чугуны при малом сопротивлении растяжению имеют достаточно высокое сопротивление сжатию.

Серые чугуны содержат углерода – 3,2…3,5 %; кремния – 1,9…2,5 %; марганца –0,5…0,8 %; фосфора – 0,1…0,3 %; серы – Высокопрочный чугун с шаровидным графитом.

Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293) могут иметь ферритную (ВЧ 35), феррито-перлитную (ВЧ45) и перлитную (ВЧ 80) металлическую основу.
Получают эти чугуны из серых, в результате модифицирования магнием или церием (добавляется 0,03…0,07% от массы отливки). По сравнению с серыми чугунами, механические свойства повышаются, это вызвано отсутствием неравномерности в распределении напряжений из-за шаровидной формы графита.

Чугуны с перлитной металлической основой имеют высокие показатели прочности при меньшем значении пластичности. Соотношение пластичности и прочности ферритных чугунов - обратное.

Высокопрочные чугуны обладают высоким пределом текучести, что выше предела текучести стальных отливок. Также характерна достаточно высокая ударная вязкость и усталостная прочность, при перлитной основе.

Высокопрочные чугуны содержат: углерода – 3,2…3,8 %, кремния – 1,9…2,6 %, марганца – 0,6…0,8 %, фосфора – до 0,12 %, серы – до 0,3 %.

Эти чугуны обладают высокой жидкотекучестью, линейная усадка – около 1%. Литейные напряжения в отливках несколько выше, чем для серого чугуна. Из-за высокого модуля упругости достаточно высокая обрабатываемость резанием. Обладают удовлетворительной свариваемостью.

Из высокопрочного чугуна изготовляют тонкостенные отливки (поршневые кольца), шаботы ковочных молотов, станины и рамы прессов и прокатных станов, изложницы, резцедержатели, планшайбы.

Отливки коленчатых валов массой до 2..3 т, взамен кованых валов из стали, обладают более высокой циклической вязкостью, малочувствительны к внешним концентраторам напряжения, обладают лучшими антифрикционными свойствами и значительно дешевле.

Обозначаются индексом ВЧ (высокопрочный чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности, умноженное на ВЧ 100.

Получение: Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293—79) — разновидность серых чугунов, которые получают при модификации их магнием или церием. Графитовые включения в этих чугунах имеют шаровидную форму.
Ковкий чугун.

Получают отжигом белого доэвтектического чугуна.

Хорошие свойства у отливок обеспечиваются, если в процессе кристаллизации и охлаждения отливок в форме не происходит процесс графитизации. Чтобы предотвратить графитизацию, чугуны должны иметь пониженное содержание углерода и кремния.

Ковкие чугуны содержат: углерода – 2,4…3,0 %, кремния – 0,8…1,4 %, марганца – 0,3…1,0 %, фосфора – до 0,2 %, серы – до 0,1 %.

Формирование окончательной структуры и свойств отливок происходит в процессе отжига, схема которого представлена на рис. 11.4. Отливки выдерживаются в печи при температуре 950…1000С в течении 15…20 часов. Происходит разложение цементита:Fe3C→Fey(C)+C.

Структура после выдержки состоит из аустенита и графита (углерод отжига).При медленном охлаждении в интервале 760…720oС, происходит разложение цементита, входящего в состав перлита, и структура после отжига состоит из феррита и углерода отжига (получается ферритный ковкий чугун).

При относительно быстром охлаждении (режим б, рис. 11.3) вторая стадия полностью устраняется, и получается перлитный ковкий чугун.

Структура чугуна, отожженного по режиму в, состоит из перлита, феррита и графита отжига (получается феррито-перлитный ковкий чугун)

По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Недостатком ковкого чугуна по сравнению с высокопрочным является ограничение толщины стенок для отливки и необходимость отжига.

Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы.
Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью, достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки.

Обозначаются индексом КЧ (высокопрочный чугун) и двумя числми, первое из которых показывает значение предела прочности, умноженное на , а второе – относительное удлинение - КЧ 30 - 6.

Получение: Ковкие чугуны— разновидность серых чугунов, получаемая путем длительного (до 80 ч) выдерживания белых чугунов при высокой температуре. Такая термическая обработка называется томлением. При этом цементит распадается и выделившийся при его распаде графит образует хлопьевидные включения. В зависимости от температуры и длительности выдерживания ковкие чугуны получают на ферритной и ферритно-перлитной основах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Практикум: материаловедение и технология конструкционных: учебное пособие. Часть 1. Материаловедение / М.М. Мишин, М.Н. Мишина,

С.Ю. Астапов. – Мичуринск: Мичуринский ГАУ, 2021. – 93 с.

2. Практикум: материаловедение и технология конструкционных: учебное пособие. Часть 2. Технология конструкционных материалов / М.М.

Мишин, М.Н. Мишина, С.Ю. Астапов. – Мичуринск: Мичуринский ГАУ, 2021. – 104 с.

3. Практикум по материаловедению и технологии конструкционных

5. Материаловедение в машиностроении. В 2 ч. Часть 1: учебник для вузов / А. М. Адаскин, Ю. Е. Седов, А. К. Онегина, В. Н. Климов. — 2-е изд.,

испр. и доп. — Москва: Издательство Юрайт, 2020. — 258 с. — (Высшее

6. Учебно-методическое пособие к выполнению контрольной работы по дисциплине "Материаловедение. Технология конструкционных материалов" с вариантами заданий / Ишбулатова А.Р. – Уфа: Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2011. – 40 с.

7. Адаскин А.М. Материаловедение. - М.: ВШ, 2005. - 455 с.

8. Ржевская С.В. Материаловедение. Учебник. - М.: Логос, 2004.- 420 с.

9. Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Учебник. - М.: ВШ, 2007. - 535 с.

10.Ульянина И.Ю. Материаловедение в схемах-конспектах. Учебное пособие в 2-х ч.: ч.1, 2005 г.-114 с.

11.Ульянина И.Ю. Материаловедение в схемах-конспектах. Учебное пособие в 2-х ч.: ч.2, 2005 г.-140 с.

Оснащение рабочего места включает в себя технические средства, необходимые для производства определенных видов работ и их контроля (станки, подъемно-транспортные устройства, технологическую и организационную оснастку, измерительные приспособления), а также средства, обеспечивающие комфортные условия и безопасность труда на рабочем месте (соответствующее освещение, ограничение уровня шума… Читать ещё >

Технология обработки конструкционных материалов ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Содержание

Введение
1. Технология токарной обработки
2. Технология слесарной обработки
3. Технология сверлильной обработки
4. Техника безопасности при токарной, слесарной и сверлильной обработки
Заключение
Список использованных источников

Рабочее место станочника — это участок производственной площади цеха, на котором расположен станок с комплектом приспособлений, вспомогательного и режущего инструмента, а также техническая документация и другие предметы и материалы, находящиеся непосредственно в распоряжении рабочего. Рабочее место является основным звеном любой производственной структуры, где производят механическую обработку на станках, поэтому очень важно, чтобы оно было рационально организовано.

Под организацией рабочего места понимают упорядоченное расположение станка (станков при многостаночном обслуживании), организационной оснастки (т.е. инструментальных шкафов, подносов и лотков для инструментов, стеллажей для станочных приспособлений, планшетов и рамок для технической документации и др.), а также других устройств, обеспечивающих станочнику необходимые условия для высокопроизводительной и безопасной работы. Рациональная организация рабочего места включает в себя его планировку, оснащение и обслуживание.

Под планировкой понимают наиболее целесообразное размещение на производственной площади рабочего и станочного оборудования, материалов, подъемно-транспортных средств и оргоснастки. При планировании рабочего места в первую очередь необходимо учитывать рабочее положение станочника, а также значение и характер рабочих усилий (статических, динамических), объем и темп выполняемых движений, степень точности операций и т. п. Для осуществления подавляющего большинства станочных работ характерна рабочая поза стоя (вертикальное положение туловища или наклон его вперед на 10… 15°), обеспечивающая наилучшие условия для обзора, возможность развития больших усилий и движений с большим размахом.

Металлургия – это: 1) Отрасль тяжелой промышленности, связанная с получением металлов из руд и их первичной обработкой. 2)Научная дисциплина, изучающая промышленные способы производства металлов и их первичной обработки .

История развития металлургии.

1-й этап.

Кузнечное ремесло – это первый шаг в развитии металлургии и металлообработки.

Этот этап начался примерно 8 тысяч лет назад и закончился в середине IV века н.э. Производительность труда составляла 0,5-0,6 кг/час.

Чистые металлы в природе встречаются очень редко. Их получают путём переработки исходного сырья (руды).

Для этого необходимо большое количество тепловой энергии, а так как на протяжении тысячелетий единственным источником тепла оставался костёр, то можно сделать вывод, что история металлургии определялась ожиданием и созданием источников необходимой тепловой энергии.

История развития металлургии.

2-й этап

Середина IV века – конец XVIII века.

Совершенствуется кузнечное производство: на смену ручной ковки приходит ковка на приводных (от водяных колёс) молотах, что позволяет значительно увеличить массу поковок и производительность кузниц.

Производительность труда составляла 40 – 50 кг/час,

История развития металлургии.

3-й этап

Конец XVIII – конец XIX века

Металлургия переходит на минеральное топливо (уголь, мазут).
Внедряются новые технологические процессы:

бессемеровский,
мартеновский,
Томасовский.

Вместо рычажных молотов с приводом от водяных колёс начинают применять канатные молоты и винтовые прессы.

История развития металлургии.

4-й этап

Конец XIX века - середина XX века.

Очень бурно развивается машиностроение, в этот период изобретены автомобиль, трамвай, троллейбус, самолёт, тепловоз и электровоз, широкое развитие получает станкостроение. Для производства этих машин потребовалось создание металлов и сплавов, обладающих высокими качественными характеристиками (прочностью, твёрдостью, износоустойчивостью и др.).

Экономические проблемы, связанные с развитием производства металлов.

Основными экономическими проблемами, связанными с развитием производства металлов являются:

Истощение традиционных месторождений металлов,
Пониженное содержание металлов в рудах вновь открываемых месторождениях,
Возрастание затрат на железнодорожные перевозки руд и топлива до предприятий металлургии,
Низкое качество чугуна и стали из-за устаревших технологий и оборудования.

Экологические проблемы, связанные с развитием производства металлов.

Основными экологическими проблемами, связанными с развитием производства металлов являются:

Отрицательное воздействие на окружающую среду:

загрязнение атмосферного воздуха,
загрязнение почвы,
загрязнение воды.

Результатом отрицательного воздействия металлургии на окружающую среду является:

ухудшение здоровья людей,
уменьшение продолжительности жизни.

высокую производственную культуру,
высочайшее качество производимой продукции,
экологическую безопасность,
высокий профессионализм сотрудников.

Читайте также: