Контрольная работа по «Технология конструкционных материалов»

ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Литейная форма - неразъемная тонкостенная оболочка, обычно из химически или термически твердеющих смесей по разовым моделям. Модель выполняется из легкоплавких (парафин, стеарин) или газифицируемых (пенополистирол) материалов.

Последовательность получения  отливок в серийном производстве показана на рис. 3.5. По чертежу отливки  а) изготавливают пресс-форму 1   с необходимым набором стержней 2. Расплавленный легкоплавкий материал (например, смесь 50% парафина и 50% стеарина) заливается под небольшим давлением в пресс-форму. При этом получают легкоплавкую модель 3 точных размеров. После затвердевания модели собирают в блоки с общей литниковой системой 4.

Далее, в несколько слоев, с промежуточной сушкой на воздухе, блоки покрывают огнеупорной  смесью (например, смесь этиленсиликата и 70% кварцевой муки). В результате получают оболочку 5. Модели выплавляют из формы горячим воздухом, водой или паром (120... 150°С). Форму помещают в контейнер 6 (рис. 3.5, ё), засыпают песком 7 и уплотняют его или засыпают чугунной дробью. Затем форму прокаливают при температуре 850...900 °С.

При этом выгорают остатки  модели, форма превращается в твердую  керамическую оболочку 8. Горячую форму заливают расплавленным литейным сплавом. Применение неразъемной формы позволяет получать отливки разнообразных форм. Объединение нескольких моделей в единый блок позволяет повысить производительность литья. Однако это наиболее длительный и трудоемкий способ из всех видов литья, к тому же изготовление внутренней полости пресс-формы требует станочной обработки.

ЛИТЬЕ В МНОГОРАЗОВЫЕ ФОРМЫ

Литье в кокиль. Кокиль - металлическая многоразовая форма, заполняемая жидким металлом под действием гравитационных сил. Кокильное литье применяется в массовом и крупносерийном производстве, так как металлическая форма, изготовленная из стали или чугуна позволяет многократно её использовать (от 5 до 50 тыс. раз), форма может быть цельной, разъемной, с вертикальной или горизонтальной плоскостью разъема. Перед заливкой кокиль нагревается до температуры от 200-300С0, а внутри поверхность покрывается огнеупорными обмазками. Высокая теплопроводность кокиля ускоряет процесс кристаллизации сплава, способствует получению отливок большой герметичности, с высокими механическими свойствами. В результате получают точные отливки с низкой шероховатостью. Литье в металлические формы повышает производительность труда за счет механизации и автоматизации процесса. Недостатком отливок является высокая газовая пористость отливок из-за плохой газопроницаемости стенок кокиля. Отливки с простой конфигурацией изготавливают в неразъемных вытряхных кокилях. Кокиль 4 не имеет плоскости разъема. Необходимые полости получают за счет применения песчаных или металлических стержней. Литниковая система выполняется или в плоскости разъема «кокиль - верхний стержень», или в верхнем стержне. В кокиль встроены цапфы 1, с помощью которых кокиль поворачивается на 180°, и отливка выталкивается. Для уменьшения скорости охлаждения расплава и отливки и для повышения стойкости кокиля на его рабочие поверхности наносят теплоизоляционные покрытия. В зависимости от вида литейного сплава, габаритов и сложности отливки применяют:

- тонкослойные (лаковые)  покрытия (например, копоть) - для заливки  сплавов с повышенной плотностью  и герметичностью;

- облицовки 3 (оксид цинка + графит, молотый мел + жидкое стекло + графит - для алюминиевых сплавов, маршалит + жидкое стекло - для чугуна и стали) - при изготовлении тонкостенных отливок и отливок сложной конфигурации;

- футеровку полную или  частичную 2 - при изготовлении крупных толстостенных отливок из чугуна или стали. Футеровку (например, тонкомолотый мел + жидкое стекло, толщина слоя 8... 10 мм) наносят один раз в смену, перед заливкой расплава, поверх футеровки наносят теплостойкую краску. В автомобильной промышленности в качестве футеровки часто используются термически твердеющие смеси (например, кварцевый песок + 3...9% пульво-бакелита), наносимые на горячую форму.

Несложные отливки с небольшими выступами на наружных поверхностях изготавливают в кокилях с  вертикальной плоскостью разъема. Относительно крупные отливки простой конфигурации изготавливают в кокилях с  горизонтальным разъемом. Чаще всего кокиль изготавливают из двух половинок 4 и 5, соответствующих двум полуформам. Рабочая полость кокиля соответствует внешнему контуру отливки. Для получения полостей в отливке используются песчаные или металлические стержни. Для заливки расплава в плоскости разъема ММ выполняют каналы для литниковой системы. Для удаления газов, выделяющихся при кристаллизации расплава, на рабочих поверхностях кокиля выполняют канавки сечением 0,5 х 0,5 мм. Для повышения долговечности кокиля отливку выталкивают из кокиля выталкивателями 6 после ее затвердевания и набора 30...40% прочности. Отливка остывает на воздухе, вне кокиля, что одновременно уменьшает вероятность появления холодных трещин и накопления остаточных напряжений. В кокиле целесообразно изготавливать отливки: массивные, необрабатываемые; с повышенными требованиями к герметичности; чугунные с отбеленной поверхностью простой конфигурации; из высокопрочного чугуна или стальные простой конфигурации с толщиной стенок не менее 8... 10 мм; из легких сплавов с толщиной стенок более 2,5 мм; из кремнистой латуни, габаритами до 600 х 700 мм и толщиной стенок более 3,5 ...6,5 мм. Литье под давлением. Данный вид литья представляет собой процесс получения отливок в металлических формах (пресс-формах), при котором заполнение и формирование отливки происходит под давлением. Это позволяет получить отливки со сложными очертаниями и с гладкой поверхностью, не требующей дальней шей механической обработки. Этот способ в основном используется для получения отливок из цветных металлов и сплавов и применяется в условиях массового и крупносерийного производства. Недостатком является сложность изготовления и применение дорогого оборудования. По уровню механизации, точности получаемых отливок, производительности процесса литье под давлением превосходит все известные способы литья. Данным способом получают сложные тонкостенные отливки из легкоплавких цветных сплавов. Масса отливок - от нескольких грамм до десятков килограмм. Принудительное заполнение пресс-формы позволяет повысить жидкотекучесть литейного сплава, получать тонкостенные отливки, получать литьем резьбу (наружная резьба - от Мб х 1, внутренняя - от М25 х 2), получать отливки из дешевых сплавов, но с армированными стенками (волокнистый или сетчатый наполнитель) или применять неудаляемые трубчатые стержни (получать в отливках J криволинейные и фасонные отверстия). Применение черных сплавов ограниченно вследствие низкой стойкости пресс-форм. Различают литье под высоким давлением (расплав поступает в форму под давлением 44...98 МПа), литье под низким давлением (расплав поступает в форму под давлением газа 18...80 кПа) и литье с противодавлением (в резервуаре с расплавом создается давление 300 кПа, в форме - 250...280 кПа). В технической литературе литье под высоким давлением называют литьем под давлением, остальные способы называют литьем под регулируемым давлением. Литье под регулируемым давлением позволяет уменьшить скорость потока расплава, что обеспечивает равномерность заполнения пресс-формы непрерывной струей расплава. Поэтому литье под регулируемым давлением позволяет повысить качество литья. Центробежное литье. При центробежном литье (ЦБЛ) заполнение формы расплавом, его затвердевание и частичное остывание происходят в поле действия центробежных сил, которые возникают при вращении литейной формы вокруг вертикальной, горизонтальной или наклонной оси. Внутренняя поверхность отливки при ЦБЛ часто формируется без непосредственного контакта с литейной формой и без стержней. Такую поверхность называют свободной. Существенными недостатками ЦБЛ являются низкая точность свободной поверхности, ее загрязнение неметаллическими включениями и пористость. Этот способ позволяет получить отливки с чистой поверхностью и плотной структурой. Наиболее часто при ЦБЛ используют металлические изложницы. Их предварительно подогревают до 300°С, затем наносят на рабочую поверхность огнеупорное покрытие (краски, облицовку, сыпучие материалы), которое повышает стойкость изложницы, снижает скорость охлаждения отливки и может служить модификатором поверхности отливки. Для изготовления коротких труб (рис. 3.8, а) и отливок с центральной полостью используют машины с горизонтальной осью вращения. Расплав из ковша 2 через желоб 1 подается во вращающуюся изложницу 4. Применение машин с вертикальной осью вращения для изготовления заготовок с центральной полостью или без нее, нежелательно, так как свободная поверхность будет непрямолинейна, а слои 1, прилегающие к оси вращения {d- 0,35/)) будут низкокачественными. Разновидностью метода является центрифугирование, используемое для получения фасонных отливок в формах 5, расположенных на планшайбе 2 и соединенных со стояком 3 системой питателей 4; этот метод позволяет применять разнообразные формы, как разовые, так и многоразовые.                                                                           

Литейная оснастка – это  комплект приспособлений для изготовления отливок, в который входят модель отливки, модели элементов литниковой системы, модельные плиты, стержневые ящики, опоки и др. 

 

 

2.Точечная сварка.

Впервые способ точечной сварки был  предложен русским изобретателем  Н. Н. Бенардосом. Точечную сварку применяют для соединений внахлестку, осуществляемых в отдельных местах детали в виде точек (рис. 85). Зажатые между медными электродами свариваемые листы разогреваются под электродами так, что центральная часть точки, обычно доводимая до расплавления за счет тепла, выделяемого в контакте между свариваемыми листами, образует литое ядро точки. Давление, приложенное к электродам, уплотняет металл в точке и делает ее достаточно прочной. Сварочный ток включают только после того, как к электродам приложено необходимое давление. После окончания сварки сначала выключают ток, а затем снимают давление. Точечную сварку применяют для соединения различного рода изделий из штампованных и прокатанных профилей сортового железа малой толщины с листами, для приварки круглых стержней друг к другу и к листам и т. д. Точечной сваркой можно соединять два или несколько листов одновременно. Точечную сварку осуществляют также и при приложении электродов с одной стороны свариваемой детали (односторонняя сварка). В последнем случае число деталей не может быть больше двух. Выбор режима точечной сварки при заданной суммарной толщине листов определяется: а) мощностью машины; б) длительностью нагрева; в) давлением между электродами во время и после нагрева. Мощность машины W для точечной сварки зависит от толщины свариваемых изделий и выбирается по следующему соотношению: W=KS (кВт), где S — суммарная толщина листов в мм. К — коэффициент, равный: для сварки малоуглеродистой и низколегированных сталей 8—14, для сварки нержавеющей стали и низколегированных сталей 25—40, для сварки алюминиевых сплавов на машинах большой мощности 100—150, на машинах малой мощности 20—25. Время нагрева или прохождения сварочного тока изменяется в больших пределах (от десятков до тысячных долей секунды) и зависит от мощности машины и условий сварки. При сварке сталей, склонных к закалке и образованию трещин, время нагрева увеличивают, с тем чтобы замедлить последующее охлаждение металла (например, углеродистые стали). Сварку нержавеющих аустенитных сталей производят, наоборот, с возможно меньшей длительностью нагрева из-за опасности нагреть наружную поверхность точки до температуры структурных превращений и тем самым нарушить высокие антикоррозионные свойства наружных слоев металла. Величина давления между электродами должна обеспечивать хороший контакт изделий в месте сварки. Она зависит от толщины свариваемых изделий и от рода свариваемого металла: обычно давление изменяется в пределах от 20 до 120 МПа. Особое значение имеет давление после нагрева. При соответствующей величине этого давления структура металла в месте сварки получается мелкозернистой и прочность точки приближается к прочности основного металла. Увязка величины давления во времени с длительностью нагрева в основном определяет прочность сварного соединения. Существует несколько вариантов с различным соотношением величины давления в разные моменты сварки. Наиболее правильными из них являются те, в которых давление к моменту прекращения нагрева повышается. На качество сварки влияет также и правильный выбор диаметра медного электрода. Диаметр сварной точки зависит от диаметра конца электрода. Необходимо, чтобы диаметр сварной точки был в 2—3 раза больше толщины наиболее тонкого элемента сварного соединения. Расстояние между сварными точками следует выбирать так, чтобы уменьшить шунтирование тока через соседние точки. Так, в случае сварки двух деталей при толщине каждой от 1 до 8 мм расстояние между точками соответственно изменяется от 15 до 60 мм, а при сварке трех деталей — от 20 до 100 мм. Электроды для точечной сварки должны обеспечивать высокую электро- и теплопроводность, прочность при рабочей температуре, а также легкость механической обработки. Материалами, отвечающими этим требованиям, являются холоднокатанная электролитическая медь, специальные бронзы с присадкой кобальта или кадмия, медные сплавы с присадкой хрома и сплава на вольфрамовой основе. Медь значительно превосходит эти бронзы и сплавы по своей электро- и теплопроводности, но в 5—7 раз уступает им в отношении стойкости против износа. Поэтому наилучшим из этих сплавов, мало уступающим меди по своим теплофизическим свойствам, но превосходящим ее по прочности, является сплав типа ЭВ, представляющий собой почти чистую медь с добавкой 0,7% хрома и 0,4% цинка. Для уменьшения износа электроды большей частью интенсивно охлаждают водой. Электроды целесообразно изготовлять со сменными наконечниками из износостойких сплавов. Машины для точечной сварки делятся на автоматические и неавтоматические. В неавтоматических машинах включение тока и сжатие электродов производят нажатием ноги на педаль. Автоматические машины имеют моторный, пневматический или гидравлический механизм сжатия электродов. Включение и выключение тока в этих машинах происходит при помощи специальных механических, электромагнитных или ионных прерывателей. Современные автоматические машины для точечной сварки позволяют сваривать до 100 точек в минуту. Существуют также машины для многоточечной сварки, которые позволяют одновременно сваривать до 50 точек. Такие машины изготовляют для сварки сложных изделий (например, для сварки кузова автомобиля). Машины для многоточечной сварки разделяются на машины последовательного действия, когда электроды приводятся в действие в определенной последовательности, и на машины одновременного действия, когда сварка производится сразу всеми электродами. Недостатком машин последнего типа является необходимость применения больших мощностей (до 500 кВА).

 

2. Абразивные инструменты.

 

         Изготовляется из абразивных материалов, предназначен для механической обработки металла, кожи, дерева, стекла, горных пород, пластмасс и др. Промышленными способами А. и. начали изготовлять во 2-й половине 19 в. (со времени появления шлифовальных станков). А. и. разделяют на 2 основных типа: жёсткие (шлифовальные круги, головки, сегменты и бруски, рис. 1) и гибкие (шлифовальная шкурка и изделия из неё — ленты, диски и др.). Для изготовления А. и. применяют Электрокорунд (нормальный, белый, легированный присадками окиси хрома, монокорунд); карбид кремния (зелёный и чёрный); синтетические и природные алмазы. А. и. выпускаются на керамической, бакелитовой, вулканитовой и реже на силикатовой, глифталевой и магнезиальной связках, скрепляющих отдельные абразивные зёрна. За рубежом применяют также олеанитовую и шеллаковую связки. Номенклатура стандартных А. и. предусматривает около 750 типоразмеров, а всего насчитывается около 12 000 разновидностей. Шлифовальные круги из электрокорунда и карбида кремния изготавливают диаметром от 3 до 1100 мм и толщиной 0,5—200 мм с диаметром посадочных отверстий от 1 до 305 мм; из алмазных зёрен (на бакелитовых, металлических и керамических связках) — диаметром от 6 до 300 мм с толщиной рабочего кольца 1,5—5 мм и шириной от 3 до 20 мм. Важный показатель А. и. — концентрация алмазов (содержание алмазного зерна в 1 мм3 алмазоносного слоя; при 100% концентрации в 1 мм3 содержится 0,878 мг алмазных зёрен). Концентрация алмазов в кругах в алмазном слое от 25 до 200%.         Шлифовальная шкурка и изделия из неё выпускаются на основаниях из ткани и бумаги, с режущими зёрнами из электрокорунда, карбида кремния, стекла и кремния. Шкурка применяется для ручных и механизированных шлифовальных работ, в частности — для ленточного шлифования. В зависимости от требуемой прочности шкурка изготовляется на основаниях из бязи, саржи, полудвунитки или бумаги. Наибольшее сопротивление разрыву у шкурки на сарже. От других видов режущих инструментов А. и. отличаются большим количеством беспорядочно расположенных зёрен — резцов с порами между ними, а также формой и прерывистостью режущих кромок. Стружка, снимаемая ими, как правило, небольшой длины. А. и. можно обрабатывать детали из материалов любой твёрдости, работать со скоростью резания, превосходящей применяемые при других процессах резания, снимать с обрабатываемой детали слой металла как тончайший, так и значительного размера (доли мкм и миллиметры).   В процессе шлифования абразивные зёрна по мере их затупления скалываются и выкрашиваются, обнажая лежащий под ними слой незатупившихся зёрен. Это свойство А. и. называют способностью к самозатачиванию. Чем интенсивнее происходит скалывание и выкрашивание, тем полнее самозатачивание А. и. При частичном самозатачивании А. и. режущая способность его восстанавливается не полностью. Для полного её восстановления А. и. подвергают правке удалением поверхностного слоя зёрен. При этом одновременно выправляется форма инструмента. Правку А. и. осуществляют алмазами в оправах, алмазными карандашами, алмазными роликами и различными заменителями алмазов: твердосплавными и стальными роликами, шарошками, шлифовальными кругами высокой твёрдости, абразивными брусками и пр. Абразивная способность А. и. тем выше, чем больше стойкость его между правками, а срок службы тем больше, чем меньший слой абразива снимается при каждой правке. Технология производства А. и. в значительной степени определяет их рабочие свойства: однородность состава, твёрдость, износостойость и точность размеров и др. Для обеспечения стабильности указанных свойств технологическим процессом задаются вид и количество связки, объём и количество шлифовальной массы, давление и метод прессования, количество клеящего вещества, добавляемого в связку для улучшения формуемости массы, температура и время термической обработки. Производство А. и. состоит из следующих основных операций: приготовление связки, смешение абразивной массы, формование, термическая обработка, механическая отделка, испытания на прочность и твёрдость. Керамические связки приготовляют из тонкоизмельчённых огнеупорных глин различных композиций, плавней (тальк, калиевый полевой шпат и т. п.), перлита, кварца. Связки смешивают в смесительных машинах (рис. 2) с абразивными зёрнами и клеящим веществом (декстрином или жидким стеклом) и протирают через вибрационное сито или рыхлительную машину. Подготовленную таким образом массу прессуют в гидравлических прессах (рис. 3). Из сушильных камер заготовки поступают в тоннельные обжигательные печи, где их постепенно нагревают до температуры 1240—1320°C и затем медленно охлаждают. А. и. на бакелитовой связке проходят бакелитизацию при t 180°C. Температурный режим и время термической обработки А. и. определяют их прочность на разрыв, изгиб, сжатие и удар и соответственно их эксплуатационные свойства. После обжига А. и. проходят механическую отделку — им придают требуемые размеры и уравновешивают. А. и. испытывают на разрывную прочность при нагрузке, превышающей рабочую на 50%, а после определения твёрдости маркируют. Изготовление А. и. на вулканитовой связке отличается тем, что смешение массы выполняют на смесительных вальцах, а требуемая толщина заготовок достигается прокаткой на вальцах. Алмазные круги формуют при больших давлениях (до 200 Мн/м2, или 2000 кгс/см2). Термическую обработку алмазных кругов на металлической связке ведут при температуре 600—650°C, на керамической связке — при температуре 800—850 °C. Прочность на разрыв А. и. допускает скорости резания 25—80 м/сек. Шлифовальная шкурка изготавливается на полуавтоматических конвейерных аппаратах, где процесс осуществляется непрерывно. Наносимые на ткань или бумагу абразивные зёрна закрепляют на ней мездровым клеем или синтетическим лаком. Для повышения режущих свойств шкурки зёрна наносят в электростатическом поле. А. и. широко распространены во всех отраслях машиностроения и особенно в подшипниковой. В автомобильной, тракторной и инструментальной промышленности до 30—35% от общего парка станков составляют шлифовальные, заточные, доводочные и полировальные. На этих станках А. и. применяются при обдирочных работах для удаления больших припусков и при чистовой и прецизионной обработке для изготовления деталей высокой точности и чистоты поверхностей.  Значительно развивается производство таких перспективных видов А. и., как круги для силового шлифования, зачистки проката, фасонного шлифования и других работ, связанных с большими съёмами металла и обеспечением высокой точности обработки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Литература применяемая при выполнения контрольной работы

 

1. Богодухов С.И. Курс материаловедения в вопросах и ответах: Учеб. пособие для ВУЗов, обуч. по направлению подгот. бакалавров «Технология, оборуд. и автомат. машиностр. пр-в» и спец. «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» и др. / С.И. Богодухов, В.Ф. Гребенюк, А.В. Синюхин. – М.: Машиностроение, 2008. – 255с.: ил.
2. Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учеб. для студентов немашиностроительных спец. ВУЗов. – М.: Высшая школа, 2007. – 446с., ил.
3. Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов электротехнических и электромеханических спец. ВУЗов / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. – М. Высшая школа, 2009. – 518с.: ил.
4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.Н. Материаловедение. Учебник для ВУЗов технич. спец. – 3-е изд. – М. Машиностроение, 2006. – 528с.
5. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Учебник для ВУЗов / Ю.П. Солнцев, В.А. Веселов, В.П. Демьянцевич, А.В. Кузин, Д.И. Чашников. – 2-е изд., перер., доп. – М. МИСИС, 2006. – 576с.
6. Материаловедение и технология металлов: Учебник для ВУЗов по машиностроительным специальностям / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др. – М.: Высшая школа, 2009. – 637с.: ил.
7. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для студентов ВУЗов, обуч. по напр. «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» / А.В. Шишкин и др.; под ред. В.С. Чередниченко. – 3-е изд., стер. – М.: ОМЕГА-Л, 2007. – 751с.: ил.(Высшее техническое образование).– (Учебное пособие)
8. Материаловедение: Учебник для ВУЗов, обучающих по направлению подготовки и специализации в области техники и технологии / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. – 5-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 646с.: ил.