Способы механической обработки металлов реферат

Обновлено: 02.07.2024

Прогресс нашей цивилизации неразрывно связан с достижениями людей в области обработки металлов. Тысячелетия прошли с тех пор, как человек сделал первые шаги в области добычи металлов. Но для придания изделиям из металлов требуемой формы их необходимо было обрабатывать, чтобы сделать инструменты, оружие и посуду. Уже тогда люди обнаружили, что от нагревания металл становится мягче, а с остыванием он снова твердеет. Так древний человек научился плавить, варить и лить металлы.

Какие же методы обработки металлов применяются в промышленности сегодня? Наиболее часто используемыми и актуальными видами обработки металлов на сегодняшний день являются механическая и термическая обработка (например, термообработка стали), литье, обработка давлением, сварка, электрофизические и электрохимические методы обработки.

Содержание

1. Основные способы обработки заготовок металлов. 3
2. Характеристика основных способов обработки заготовок металлов и металлообрабатывающих инструментов. 5
2.1 Обработка металлов давлением 5
2.2 Сварка 11
2.3 Электрофизические и электрохимические методы обработки 14
3. Сравнительная характеристика потребительских свойств металлообрабатывающего и монтажного инструмента отечественного и зарубежного производства. 16
Список литературы: 21

Работа содержит 1 файл

металлы.doc

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Дальневосточный государственный технический университет

(ДВПИ им. В.В. Куйбышева)

Основные способы обработки заготовок металлов.

Использование пластических свойств металлов легло в основу обработки металлов давлением. Действуя на заготовку давлением, можно изменить ее форму и размеры, и, что не менее ценно, сохранить их после прекращения воздействия приложенных сил. Различают холодную и горячую обработку металлов давлением. Наиболее простым и достаточно широко распространенным способом является холодная штамповка, осуществляемая с использованием специального оборудования – штампов, которая применяется при массовом производстве различных металлических деталей. По сравнению с такими довольно старыми видами обработки металлов как механическая обработка и литье, этот способ, несомненно, является шагом вперед, поскольку его отличают высокая производительность и экономное расходование металла.

Термическая обработка металлов основана на процессе теплового воздействия на металлы и их сплавы, ее видами являются закалка, отжиг и отпуск. Если раньше применялась лишь обычная полная закалка металлов, то сейчас новым словом в развитии технологий обработки металлов является поверхностная закалка при помощи токов высокой частоты, которые генерируются специальными установками ТВЧ, осуществляющими индукционный нагрев помещенной в электромагнитное поле детали. Как правило, индуктор состоит из медных полых трубок с циркулирующей по ним водой, благодаря чему не происходит нагрева самого индуктора. Для обеспечения равномерного нагрева изделия форма индуктора сделана таким образом, что она повторяет форму детали.

Закалка ТВЧ (токами высокой частоты) является прогрессивным способом обработки металлов и имеет целый ряд преимуществ перед уже известными способами, таких как достижение высокой прочности и качества обрабатываемых изделий, отсутствие окалины и возможность обработки деталей любых форм. Кроме того, способ высокопроизводителен, экономичен и допускает возможность внедрения на производстве полной автоматизации. Поэтому такому виду обработки металлов как закалка ТВЧ, несомненно, принадлежит будущее.

Характеристика основных способов обработки заготовок металлов и металлообрабатывающих инструментов.

2.1 Обработка металлов давлением

Обработка металлов давлением основана на использовании пластических свойств материалов. Эти свойства позволяют изменять форму и размеры заготовки под действием внешних сил (давления) и сохранять полученные форму и размеры после прекращения действия сил. Для увеличения пластичности металл нагревают до температуры, при которой наиболее полно проявляются его пластические свойства.

Обработка металлов давлением отличается высокой производительностью и экономным расходованием металла по сравнению с литьем и механической обработкой и, кроме того, улучшает механические свойства литого металла.

Различают следующие основные способы обработки металлов давлением: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, штамповка.

Прокатка (рис. 1) —это обжатие заготовки между вращающимися валками. Валки могут быть гладкими — для прокатки листов и лент и с вырезками (ручьевые) — для получения деталей фасонного профиля. Различают горячую (с подогревом заготовки) и холодную прокатку.

Рис. 1 – Прокатка

В результате обжатия поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличивается. Деформацию заготовки обычно определяют относительным обжатием, % :

где - высота заготовки.

Практика производится гладкими цилиндрическими волоками и волоками, имеющими на своей поверхности особые проточки, называемые ручьями. При плотном соприкосновении волоков их ручьи образуют закрытые контуры, называемые калибрами. Комплект практичных волоков со станиной называют рабочей клетью.

Практика гладкими волоками дает листы и ленты, а ручьевыми волоками – различные прокатные профили.

Обычно относительное обжатие заготовки за один проход не превышает даже для горячего металла 70 – 30 %, поэтому окончательный профиль продукта получается многократным процессом повторения обработки заготовки при постепенном уменьшении зазора между волоками. При каждом пропуске заготовки площадь её поперечного сечения уменьшается, а форма и размеры постепенно приближаются к требуемым.

При горячей прокатке стали гладкими волоками угол захвата равен 15-24°, при холодной – 3-8°, сортового металла 25-27°.

Технологический процесс современного прокатного производства, не зависимо от вида получаемой продукции, состоит из нескольких этапов: подготовки исходного материала, нагрев его (в случае горячей прокатки), прокатки и отделки. Кроме того, на всех стадиях прокатки осуществляется контроль за ходом процесса и состоянием оборудования.

Комплекс оборудования, с помощью которого производится прокатка, называется прокатным станом. Прокатные станы подразделяют по характеру процесса прокатки и выпускаемой продукции на блюминги, слябинги, листопрокатные, проволочные, сортовые, трубопрокатные и специальные.

На блюмингах производят крупные квадратные заготовки — блюмы. Из блюмов на сортопрокатных станах получают сортовой прокат с сечениями в виде квадрата, круга, прямоугольника, треугольника, сегмента, ромба, уголка, швеллера, тавра, двутавра и др.

На слябингах прокатывают крупные прямоугольные заготовки — слябы, из которых затем на листопрокатных станах производят более мелкие прямоугольные заготовки и листы.

Проволочные станы предназначены для получения проволоки диаметром 5—10 мм.

На трубопрокатных станах получают бесшовные и шовные (сварные) трубы. С помощью специальных станов прокатывают самые различные заготовки, например железнодорожные колеса, вагонные оси и т. д.

Волочение (рис. 2) — процесс протягивания заготовки через постепенно сужающееся отверстие (волочильный глазок). В результате поперечное сечение заготовки уменьшается, а ее длина увеличивается. Волочильный глазок является основной частью волоки — рабочего органа волочильных станов, на которых производится эта операция. Волочение выполняют в холодном или горячем состоянии.

При волочении заготовку протягивают через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемое волокой. При этом сечение отверстия меньше исходного сечения заготовки.

Рис. 2 – Волочение

Исходным материалом для волочения является горячекатаный сортовой прокат (круглый, квадратный, шестигранный и др.), проволока, трубы из стали, цветных металлов и сплавов. Волочение применяют для получения проволоки малого диаметра, тонкостенных труб, фасонных профилей, а также для калибровки, т. е. придания точных размеров и высокого качества поверхности изделия. Разрезкой фасонных профилей получают готовые детали — шпонки, направляющие и т. д.

Процесс волочения осуществляется также в холодном состоянии и используется для получения тонкой проволоки (от 0.002 до 5 мм), калиброванных продуктов различного профиля и тонкостенных труб. При это получают изделие точных размеров, заданной геометрической формы, с чистой и гладкой поверхностью.

Заготовками могут служить прокат (катаная проволока, прутки, трубы), а так же прессованные профили (прутки, трубы). Окончательные размеры изделий обеспечиваются протягиванием (волочением заготовки) через несколько последовательно расположенных волок, так как степень обжатия материала за один проход сравнительно не велика. Волока (фильер, глазок) изготавливаются из инструментальной стали (У7, У12, Х12М), металлокерамических сплавов (ВК3, ВК6) или технического алмаза.

Прессование (рис. 3) — вид обработки металлов давлением, при котором металл, заключенный в замкнутую форму, выдавливается через отверстие, меньшей площади, чем площадь сечения исходного материала. В результате прессуемый металл принимает вид прутка, который может быть простым или сложным, сплошным или полым, в зависимости от формы и размеров отверстия. Прессованию подвергаются слитки алюминия, меди и их сплавов, а также цинка, олова, свинца и др.

Рис. 3 – Схема прессования полого профиля. 1 – пуансон; 2 – металл заготовки; 3 – матрица; 4 – игла; 5 – пресс- шайба;

Процесс прессования осуществляется при температурах горячей обработки металлов давлением, т.е. при их высокой пластичности.

Прессованию подвергают алюминий, медь и сплавы на их основе, цинк, олово, свинец. Прессованием получают разнообразные профили из специальных сталей, титановых сплавов и других малопластичных металлов; профили сложной формы, которые не могут быть получены другим способом; обычные профили небольших размеров (например, трубы из цветных металлов).

При прессовании металл подвергается всестороннему неравномерному сжатию и поэтому имеет весьма высокую пластичность.

Прессование производится на горизонтальных либо вертикальных гидравлических прессах. Процесс прессования высокопроизводителен и обеспечивает высокую точность профиля получаемых изделий. Простая замена инструмента – матрицы – позволяет легко переходить к изготовлению изделия другого вида.

Особые требования при прессовании предъявляются к инструменту (матрицам, прессшайбам, пуансонам) работающему в условиях высоких температур и больших нагрузок. Обычно этот инструмент изготавливают из высоколегированных сталей и сплавов, содержащих вольфрам, ванадий, молибден, хром, и другие элементы.

Ковка, так же как и литье, является издавна известным способом обработки металлов. Различают ковку без применения штампов, так называемую свободную ковку, и ковку в штампах — штамповку.

Свободная ковка заключается, в следующем. Заготовку нагревают в нагревательной печи до температуры, при которой металл становится более пластичным. После этого заготовку кладут на наковальню и ударами молота придают ей необходимую форму. Изделие, полученное в результате ковки, называется поковкой.

Различают ручную и машинную ковку. Ручная ковка применяется в индивидуальном производстве для выполнения мелких ремонтных работ. Машинная ковка — ковка на молотах и прессах — используется в серийном и массовом производстве. Она во много раз производительнее ручной и позволяет обрабатывать очень крупные детали.

С помощью ручной и машинной ковки можно получать поковки самых различных форм. Однако из-за длительности процесса свободная ковка не всегда выгодна в массовом производстве. В этом случае более производительной и экономически оправданной является штамповка.

Введение
Использование металлов человеком началось в глубокой древности (более пяти тысячелетий до н. э.). Вначале находили применение цветные металлы (медь, сплавы меди, золото, серебро, олово, свинец и др.), позднее начали применять черные — железо и сплавы на его основе.
Длительное время производство металлов носило примитивный характер и по объему было весьма незначительным. Однако в конце XIX в. мировая выплавка стали резко возросла с 0,5 млн. т в 1870 г. до 28 млн. т в 1900 г. Еще в большем объеме растет металлургическая промышленность в XX столетии. Наряду с увеличением выплавки стали появилась необходимость организовать в больших масштабах получение меди, цинка, вольфрама, молибдена, алюминия, магния, титана, бериллия, лития и других металлов.
Металлургическое производство подразделяется на две основные стадии. В первой получают металл заданного химического состава из исходных материалов. Во второй стадии металлу в пластическом состоянии придают ту или иную необходимую форму при практически неизменном химическом составе обрабатываемого материала.
Для изготовления отдельных деталей и изделия в целом используют различные способы обработки металлов и других материалов. Наиболее распространенные виды механической обработки металлов будут рассмотрены ниже.
Глава 1. Механическая обработка металлов
Особенности механической обработки металлов
Металлообработка представляет собой проведение технологических работ по изменению формы, размеров, качественных характеристик металлов и сплавов. Помимо этого, в ходе обработки металлов различными методами также могут меняться их физико-механические свойства.
К числу основных видов обработки металлических изделий относят:
литье;
обработку металлов давлением;
механическую обработку;
сварку металлов.
Сложно переоценить важность качества металлообработки, поскольку именно от него будет зависеть прочность той или иной металлической конструкции.
Большая часть работ по изменению основных характеристик металлических деталей и сплавов с использованием вышеперечисленных методов проводится на специальных предприятиях – металлообрабатывающих заводах.
Под механической обработкой металлов понимают процесс коррекции поверхности детали с использованием сверла, фрезы или шлифовального диска. Это довольно популярный способ, который используют для обработки большинства металлоконструкций.
Результатом механической обработки металлов является образование новой поверхности, получаемой путем деформации исходной детали и дальнейшего отдаления слоев от основной части материала. Сопутствующим процессом подобной работы является образование металлической стружки. Избыточная часть материала, которая отделяется при помощи специальных станков, называется припуском. После снятия излишка (припуска) металлоконструкция обретает нужный размер и форму.
В ходе производства и обработки металлических изделий практически всегда делают небольшой припуск, так как это позволяет уменьшить трудоемкость процесса, снизить себестоимость детали и сэкономить материал.
Механическая обработка металлов в промышленных масштабах возможна на специализированных предприятиях, обеспеченных достаточным количеством производственных площадей и необходимого оборудования.
Снятие верхних слоев металла осуществляется на токарных станках и фрезерных установках. Самыми популярными среди них являются:
токарные центры с ЧПУ;
вертикально-фрезерные станки.
Современное оборудование для различных видов механической обработки металлов и сплавов позволяет соблюдать высокую точность геометрии и шероховатость поверхности.
Стоит отметить, что сегодня на рынке представлен довольно богатый ассортимент приспособлений для металлообработки. Выбор определенных моделей зависит от специфики работы конкретного предприятия. Так, некоторые производства оборудованы специальными карусельными станками, предназначенным для обработки металлических конструкций диаметром до 9 м.
Однако в арсенале большинства заводов имеется стандартный комплект оборудования для различных видов механической обработки металлических изделий:
фрезерное;
зубофрезерное;
радиально-сверлильное;
горизонтально-сверлильное;
вертикально-сверлильное.
Использование обработанных механическим методом металлических конструкций актуально для многих областей народного хозяйства:
судостроения;
атомной промышленности;
оборонной промышленности;
станкостроения.
Нередко в зависимости от конкретной цели дальнейшего применения работникам промышленных секторов требуются металлические детали нестандартных размеров или конфигурации. Сейчас мы говорим о тех случаях, когда даже среди представленного на рынке ассортимента заготовок не получается найти деталь с нужными параметрами.
Выходом из данной ситуации становится механическая обработка металла по индивидуальным чертежам заказчика. Так заказчик может сэкономить собственное время и силы, ведь специалисты всегда готовы быстро и качественно выполнить свою работу в соответствии со всеми пожеланиями и требованиями клиента.
Глава 2. Основные виды механической обработки металлов
Токарная обработка
Данный термин подразумевает механическую обработку резанием наружных и внутренних поверхностей вращения, в том числе цилиндрических и конических, а также торцевание, отрезание, снятие фасок, обработку галтелей, прорезание канавок, нарезание внутренних и наружных резьб на специальных токарных станках. Точение считается одной из самых старых процедур, которую много лет назад начали проводить на простейших токарных станках.
В процессе механической обработки металлов данным способом различают два основных вида движений: главное (вращательное движение заготовки) и движение подачи (поступательное движение режущего инструмента). Помимо этого выделяют также вспомогательные движения, которые не относятся к самому процессу резания и заключаются в осуществлении сопутствующих действий: транспортировке, фиксации заготовки на станке, его включении, изменении частоты вращения заготовки, скорости поступательного движения инструмента и т. д.
Точение является самым популярным способом производства различных тел вращения (валов, дисков, осей, пальцев, цапф, фланцев, колец, втулок, гаек, муфт и т. д.) на токарных станках.Основными видами точения металлов на специализированных станках является коррекция поверхностей:
наружных – обтачивание;
внутренних – растачивание;
плоских – подрезание.
А также резка – деление основного материала на части либо отделение готовой детали от заготовки.
Нарезка резьбы
Нанесение резьбы на изделие из металла может осуществляться следующими способами:
Нарезание резьбы резцами.
Специальные токарно-винторезные станки позволяют наносить на металлические конструкции и наружную, и внутреннюю резьбу (при условии, что диаметр последней начинается от 12 мм).Стоит отметить, что работа резцов не является высокопроизводительной, в связи с этим данное оборудование целесообразно применять лишь в мелкосерийном и индивидуальном производстве, также его можно использовать при создании точных и ходовых винтов, калибров и т. д.

Механическая обработка — обработка заготовки из различных материалов при помощи механического воздействия различной природы с целью создания по заданным формам и размерам, а также требуемым показателям качества изделия или заготовки для последующих технологических операций.

Прикрепленные файлы: 1 файл

реф 2 продолжение.docx

Механическая обработка — обработка заготовки из различных материалов при помощи механического воздействия различной природы с целью создания по заданным формам и размерам, а также требуемым показателям качества изделия или заготовки для последующих технологических операций.

Виды механической обработки

Обработка резанием

Обработка резанием осуществляется на металлорежущих станках путём внедрения инструмента в тело заготовки с последующим выделением стружки и образованием новой поверхности. Виды резания:

наружные цилиндрические поверхности — точение, шлифова ние, притирка, обкатывание, су перфиниширование;

внутренние цилиндрические поверхности — растачивание, св ерление, зенкерование, разверт ывание, протягивание, шлифован ие, притирка,хонингование, дол бление;

плоскости — строгание, фрезеро вание, шлифование.

При обработке резанием механическая обработка также разделяется по чистоте обработанной поверхности:

Черновая обработка

Получерновая обработка

Чистовая обработка

Получистовая обработка

Суперфиниш

Обработка методом пластической деформации

Осуществляется под силовым воздействием внешней силы, при этом меняется форма, конфигурация, размеры, физикомеханические свойства детали. Это процессы: ковка, штамповка, пр ессование, накатывание резьбы.

Обработка методом деформирующего резания

Обработка методом деформирующего резания основана на совмещении процессов резания и пластического деформирования подрезанного слоя. Используется для получения поверхностей с регулярным макрорельефом (теплообменных, фильтрующих), для восстановления размеров изношенных поверхностей трения.

Электрофизическая обработка

Основана на использовании специфических явлений электрического тока: искра (электроэрозионная обработка), электрохимия (Электрохимическая обработка), дуга (электрическая дуговая сварка).

Режущий инструмент на производстве

В работе машиностроительных предприятий большую роль играет инструментальная оснастка. От степени ее совершенства в значительной мере зависят производительность труда и экономика машиностроения, возможности автоматизации технологических процессов и темпы технического прогресса.

Инструментальная оснастка – это зажимающие, направляющие (или настроечные), установочные, делительные и поворотные устройства, а также механизированные (пневматические, механические, гидравлические и др.) приводы, предназначенные для перемещения установочных, зажимающих и прочих элементов. Иными словами, инструментальная оснастка представляет собой множество приспособлений, предназначенных для установки и крепления инструмента и заготовок, а также транспортировки деталей, изделий и заготовок, осуществления операций сборки.

Сегодня инструментальную оснастку можно условно разделить на контрольные, блокировочные, защитные, и подналадочные устройства.

Контрольные средства, как правило, связаны напрямую с процессом обработки, взаимосвязаны с основным приспособлением. Их функция заключается в подаче командного импульса на прекращение обработки при достижении деталью заданного размера.

Защитные и блокировочные устройства служат для мгновенного прекращения обработки при выходе из строя инструмента, сбое настроек и прочих подобных ситуациях.

Подналадочные устройства подают командный импульс для автоматической корректировки настроек механизмов, а также обеспечивают контроль детали непосредственно после ее обработки

Металлорежущие станки широко применяются в машиностроении, промышленности и приборостроении.

В зависимости от своего предназначения, металлорежущие станки условно делятся на следующие виды:
· токарные станки;
· фрезерные станки;
· сверлильные станки;
· разрезные станки;
· шлифовальные станки;
· строгальные металлорежущие станки;
· многопозиционные станки.

На сегодняшний день особенной популярностью пользуются металлорежущие станки с ЧПУ. Причина в том, что подобные модели практически не допускают брака, поскольку человеческий фактор при их использовании сведен к минимуму.
Металлорежущие станки, оснащенные ЧПУ, могут работать как в автоматическом, так и в полуавтоматическом режимах.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Технология механической обработки деталей машин

Использование металлов человеком началось в глубокой древности (более пяти тысячелетий до н. э.). Вначале находили применение цветные металлы (медь, сплавы меди, золото, серебро, олово, свинец и др.), позднее начали применять черные — железо и сплавы на его основе.

Длительное время производство металлов носило примитивный характер и по объему было весьма незначительным. Однако в конце XIX в. мировая выплавка стали резко возросла с 0,5 млн. т в 1870 г. до 28 млн. т в 1900 г. Еще в большем объеме растет металлургическая промышленность в XX столетии. Наряду с увеличением выплавки стали появилась необходимость организовать в больших масштабах получение меди, цинка, вольфрама, молибдена, алюминия, магния, титана, бериллия, лития и других металлов.

Металлургическое производство подразделяется на две основные стадии. В первой получают металл заданного химического состава из исходных материалов. Во второй стадии металлу в пластическом состоянии придают ту или иную необходимую форму при практически неизменном химическом составе обрабатываемого материала.

Для изготовления отдельных деталей и изделия в целом используют различные способы обработки металлов и других материалов. Наиболее распространенные виды обработки металлов будут рассмотрены ниже.

Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений из металлов (или пластмасс), осуществляемый установлением межатомных (у пластмасс — межмолекулярных) связей между свариваемыми частями изделия при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или при совместном действии этих двух факторов. Между свариваемыми частями изделия образуется сварной шов.

Сварка является одной из распространенных технологических операций, широко применяемой в машиностроении, на транспорте и в строительстве. Объясняется это значительной экономией металлов по сравнению с болтовыми и заклепочными соединениями, высокой прочностью и низкой стоимостью сварных конструкций.

В зависимости от состояния металла в сварочной зоне все виды сварки можно разделить на две группы: по способу соединения свариваемых частей изделия и по виду используемой энергии. В первом случае различают сварку плавлением и сварку давлением. При сварке плавлением сварной шов образуется из общей сварочной ванны расплавленных металлов соединяемых частей изделия. При сварке давлением, для повышения пластичности металла в зоне сварки, соединяемые части изделия нагревают и сдавливают. К сварке плавлением относятся: дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая, термитная; к сварке давлением — контактная, диффузионная, электрозвуковая, трением, взрывом и др. Электрической дугой можно производить не только дуговую сварку, но и резку металлов. Однако образующаяся при этом поверхность разреза имеет неровности с наплывами. Поэтому электродуговую резку обычно применяют. Для разделки металлолома и отделения прибылей и литников в деталях, полученных при литье в песчано-глинистые формы.

По виду используемой энергии сварку подразделяют на термическую (сварка дуговая, плазменная, газовая и др.), термомеханическую (сварка контактная, диффузионная и др.) и механическую (сварка взрывом, трением, ультразвуковая и др.).

При сварке плавлением образуется литой сварной шов с характерным дендритным строением. При сварке давлением образуется Шов, представляющий собой зону сросшихся кристаллитов металла соединяемых частей изделия. Зону, непосредственно примыкающую к сварному шву, называют зоной термического влияния. Она имеет крупнозернистое строение и является наиболее механически слабой в сварном соединении. Этот дефект можно устранить отжигом.

Наиболее распространенные виды сварных соединений — стыковые, внахлестку, угловые и тавровые. При сварке внахлестку свариваемые элементы изделия накладываются друг на друга с перекрытием, равным 3—5 толщинам пластин. При этом не требуется подготовка кромок. Угловые и тавровые соединения также не всегда требуют подготовки кромок. При стыковой сварке характер подготовки кромок зависит от толщины свариваемых элементов.

Пайка — это процесс получения неразъемных соединений в результате расплавления припоя, смачивания им металла, растекания припоя по поверхности металла и заполнения зазора между соединяемыми заготовками (деталями) и, наконец, затвердевания припоя.

В отличие от сварки при пайке не требуется расплавления основного металла, что позволяет производить распай деталей. Наиболее широко пайку применяют в электро- и радиотехнике и приборостроении. В этих отраслях промышленности пайку производят для создания механически прочного, иногда герметичного, шва или для получения постоянного (нескользящего или разрывного) электрического контакта с небольшим переходным сопротивлением.

Литейное производство

Литейным производством называют процесс получения литых заготовок, называемых отливками, путем заливки расплавленного металла в рабочую полость литейной формы. Полученные отливки приобретают конфигурацию и размеры рабочей полости.

Литье является наиболее простым и дешевым промышленным способом получения заготовок, в том числе имеющих сложную геометрическую форму.

Все виды литья, применяемые в промышленности, можно разделить по материалу, литейной форме, способу заливки металла в форму, требуемых точности размеров и шероховатости поверхности отливок и по другим признакам. Рассмотрим две основные группы литья: литье в песчано-глинистые формы и специальные виды литья.

Литье в песчано-глинистые формы. Для изготовления литейной формы служит формовочная смесь, представляющая собой многокомпонентную систему, состав которой определяется типом и массой отливки и природой металла. Основными компонентами формовочной смеси являются кварцевый песок и формовочная глина. Глина является связующим и при оптимальном содержании воды (4—5%) придает формовочной смеси необходимую прочность и пластичность. Песок увеличивает пористость и, следовательно, газопроницаемость формовочной смеси. Кроме того, в формовочную смесь вводят противопригарные добавки (каменноугольную пыль, графит), защитные присадочные материалы (борную кислоту, серный цвет) и другие ингредиенты. Для изготовления стержней используют стержневые смеси, состоящие из кварцевого песка и самотвердеющихся неорганических (жидкое стекло с добавкой 10% раствора NaOH) или органических (фенолформальдегидная или карбамидофурановая смолы) связующих.

Специальные виды литья. К специальным видам литья относятся: литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям, литье в металлические формы, литье под давлением и центробежное литье. Эти методы позволяют получать отливки повышенной геометрической точности, с малой шероховатостью поверхности, минимальным припуском на механическую обработку или исключающую ее полностью и имеющие высокую производительность.

Центробежное литье — это литье в быстровращающиеся литейные формы: металлические, песчаные, оболочковые, по выплавляемым моделям. Под действием центробежных сил расплавленный металл оттесняется к наружной поверхности формы, где затвердевает ровным слоем. Легкие примеси и газы оттесняются к внутренней поверхности отливки. В результате этих процессов металл в отливке уплотняется и ее механические свойства улучшаются. Этим методом получают водопроводные и канализационные трубы, колеса, шкивы, зубчатые колеса и т.п. Преимущества те же, что и при литье в кокили, однако качество внутренней поверхности по причинам, изложенным выше, хуже, чем наружной.

Обработка металлов давлением

Обработка металлов давлением основана на их пластической деформации под действием внешних сил, в результате которой металлическая заготовка приобретает определенную форму и размеры. В ходе пластической деформации зерна измельчаются, структура металла в целом улучшается и, как следствие, улучшаются механические свойства.

Основными видами ОМД являются: прокатка, прессование, волочение, ковка, объемная и листовая штамповка.

Прокатка заключается в пластической деформации металла в результате обжатия заготовки между двумя вращающимися валками. Силы трения Pw втягивают заготовку между валками, и под действием сил Р, нормальных к поверхности валков, уменьшается толщина заготовки. Цель прокатки — получение продукции разнообразной формы и различными размерами поперечного сечения. Форму поперечного сечения прокатанной продукции называют профилем. Перечень разных профилей, имеющих различные геометрические размеры, составляет сортамент проката. Сортамент прокатываемых профилей разделяют на следующие пять основных групп: сортовой прокат, листовой, трубный, специальный и периодический.

Прессование — это технологическая операция, заключающаяся в продавливании заготовки, находящейся в форме, через отверстие матрицы с помощью давящего пуансона. Форма и размеры поперечного сечения получаемого профиля соответствуют форме и размерам отверстия матрицы. Чем выше температура металла, тем легче протекает процесс прессования. Этим методом получают прутки, трубы и другие изделия более сложных профилей.

Волочение. Процесс волочения состоит из протягивания заготовки через сужающееся отверстие матрицы (волочильной доски). В результате площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, и она приобретает профиль и размеры отверстия (глазка) волочильной доски; длина заготовки при этом увеличивается. Сортамент изделий, изготавливаемых волочением, разнообразен: проволока диаметром 0,002—10 мм и различные фасонные профили. Для получения стальной проволоки диаметром до 0,5 мм используют волочильные доски со вставными глазками (фильерами) из твердых сплавов, а для получения тонкой медной или вольфрамовой проволоки диаметром до 0,25 мм — алмазные глазки. Волочение применяют также для калибровки прутков различного профиля. Полученные изделия имеют точные размеры и гладкую поверхность.

Свободная ковка. Различают ковку свободную и в штампах (штамповка). При свободной ковке заготовка не ограничивается стенками специальных форм (штампов), и формообразование происходит свободно в пространстве между бойками молота путем пластической деформации металла заготовки. Этот процесс и качество поковки во многом зависят от искусства оператора-кузнеца. Свободная ковка делится на ручную и машинную.

Штамповка — это процесс получения поковок, заключающийся в пластической деформации металла в закрытой полости специальной формы, называемой штампом. Форма и размеры полости штампа соответствуют форме и размерам будущей детали с учетом припуска на механическую обработку, если таковая предусмотрена. Обычно штампованные поковки механически обрабатывают только в местах сопряжения с другими деталями: эта обработка может сводиться только к шлифованию. Штамп — это дорогостоящий инструмент и пригоден для изготовления только какой-то одной, конкретной детали. Поэтому штамповку используют только при массовом изготовлении поковок. Различают штамповку объемную и листовую.

Обработка металлов резанием

Обработка металлов резанием заключается в срезании с поверхности заготовки слоя металла, называемого припуском, с целью получения изделия требуемых геометрической формы, размеров и шероховатости поверхностей. Срезание припуска производят с помощью режущего инструмента.

В большинстве случаев изделия, полученные литьем, прокаткой, ковкой, штамповкой, сваркой и другими методами, подвергают обработке резанием. Удаляемый при этом припуск превращается в стружку, которая является характерным признаком всех процессов обработки металлов резанием (ОМР). ОМР бывает механической, когда припуск срезают на металлорежущих стенках, и слесарной, когда припуск удаляют вручную с помощью соответствующего слесарного инструмента. ОМР применяют и как самостоятельный способ изготовления деталей.

Основными видами механической ОМР являются: точение; строгание; долбление; сверление (зенкерование, развертывание и зенкование); фрезерование и шлифование, — производимые на металлорежущих стенках соответствующей группы. Станки различают токарной группы, строгальной и долбежной, сверлильной и расточной, фрезерной, шлифовальной и др. При ОМР используют различный режущий инструмент: резцы, сверла, зенкера, развертки, фрезы, которые имеют специально заточенную режущую часть, а также применяют шлифовальные абразивные круги, зерна которых обладают острыми гранями и углами. Режущий инструмент изготавливают из материала повышенной твердости, прочности, термо- и износостойкости, различных форм и размеров.

Долбление. Эта операция является разновидностью строгания и производится на долбежных станках. На них главный вид движения ν (возвратно-поступательный) осуществляет резец в вертикальной плоскости, а движение подачи s — заготовка в горизонтальной плоскости. Долбление применяют для получения канавок, плоских и фасонных поверхностей небольшой высоты, но значительных поперечных размеров.

Сверление. При сверлении (зенкеровании, развертывании, зенковании) обычно главное движение ν и движение подачи s сообщают режущему инструменту. При сверлении главное движение сообщают заготовке. Сверление применяют для получения сквозных и глухих цилиндрических отверстий. Зенкерование — для увеличения диаметра отверстия, предварительно полученного литьем, штамповкой или сверлением, и придания ему более правильной геометрической формы, достижения наименьшей шероховатости поверхности, чем при сверлении или рассверливании. Развертывание обеспечивает получение отверстий с высокой точностью размеров и высоким качеством поверхности; его применяют в основном для окончательной обработки отверстий. Зенкование — получение отверстий под потайные и полупотайные головки болтов и заклепок.

Фрезерование. При фрезеровании главное движение ν сообщается многолезвийному режущему инструменту — фрезе, а движение подачи s — заготовке. Существуют схемы фрезерования, когда главное движение и движение подачи сообщают фрезе. Фрезерование применяют при обработке горизонтальных, вертикальных и наклонных плоскостей, фасонных поверхностей, пазов и канавок различного профиля, при изготовлении зубчатых колес. Особенность процесса фрезерования заключается в прерывистости резания каждым зубом фрезы. Зуб фрезы вступает в контакт с заготовкой и выполняет работу только на некоторой части своего оборота. Затем зуб фрезы, продолжая движение, не касается заготовки до следующего врезания; в этот момент он охлаждается, что удлиняет срок службы фрезы. Каждый зуб фрезы имеет такие же элементы и углы, что и токарный резец. Поэтому фрезу можно рассматривать как набор токарных резцов.

Шлифование. Процесс шлифования применяют как отделочно-доводочную операцию с получением размеров деталей с точностью по 6—7-му квалитетам и шероховатостью поверхности R2 = 0,08—0,32 мкм. Используют шлифование и как обдирочную операцию при очистке литья, поковок и т.д. Шлифование — это обработка поверхностей изделия шлифовальными абразивными кругами. Для обдирочной обработки применяют крупнозернистые абразивы, а для чистового шлифования — мелкозернистые. Используют абразивы естественные — наибольшее применение получили минерал корунд и алмаз, и искусственные — электрокорунд с различными добавками, карбид кремния, нитрид бора и др.

Развитие народного хозяйства страны в значительной мере определяется ростом объема производства металлов, расширением сортамента изделий из металлов и сплавов и повышением их качественных показателей, что в значительной мере зависит от условий механической обработки. Знание закономерностей обработки металлов помогает выбирать наиболее оптимальные режимы технологических процессов, требуемое основное и вспомогательное оборудование и технически грамотно его эксплуатировать.

Список литературы

1. С. Н. Колесов, И. С. Колесов, Материаловедение и технология конструкционных материалов, М:. Высшая школа. 2004 г.

Читайте также: