Контрольная работа по "Материаловедению и технологии конструкционных металлов"

n

 

ЗАДАНИЕ 3

 

Условие.

Выбрать цветной сплав  для изготовления деталей методом  глубокой вытяжки (относительное удлинение δ > 45...50 %). Привести марку, химический состав, назначение основных элементов. Отметить связь между структурой, механическими и технологическими свойствами сплава. Объяснить, как влияет вытяжка (холодная пластическая деформация) на свойства сплава и, исходя из этого, назначить режим термической обработки между последовательными стадиями глубокой вытяжки.

 

Решение.

1. Вытяжка – это одна из операций холодной листовой штамповки, при которой плоская заготовка превращается в полое пространственное изделие при уменьшении периметра вытягиваемой заготовки.

Вытяжкой можно получать детали из листа толщиной 0,02...30 мм и  с размерами от десятых долей миллиметра до нескольких метров: кузова легковых автомобилей, посуду, гильзы, колпачки, коробчатые детали и т.п. (рис. 4, a). При изготовлении деталей типа тел вращения заготовка имеет форму круга.

При отношении высоты детали к диаметру h/d (для цилиндрических деталей) менее 0,6 возможна вытяжка за один проход, при больших значениях h/d число проходов также возрастает (при h/d = 12 их надо 6). Отношение внешнего диаметра детали 5 (рис. 4, б) к диаметру заготовки 1 называется коэффициентом вытяжки. Для первого прохода его принимают 0,5...0,6, а для последующих 0,7...0,8. Глубокая вытяжка характеризуется суммарным коэффициентом вытяжки от 5. Типичный пример детали, полученной глубокой вытяжкой - снарядная гильза.

Рис. 4. Детали, получаемый вытяжкой, и виды вытяжки.

 

Вытяжкой без утонения стенок получают полую деталь из листа  без изменения его толщины. Она может быть прямая и обратная. При прямой вытяжке из плоской заготовки 1 (рис. 4, в) цилиндрической полой детали пуансон 3 при рабочем ходе проталкивает заготовку 1 в матрицу 2, превращая ее в полый колпачок. Заготовка прижимается к матрице 2 прижимным кольцом (складко-держателем) 4, которое предотвращает образование складок и может работать от пружины, резины, пневмо- или гидросистемы. Давление прижима составляет 1...3 МПа. При обратном ходе пуансона нижний край матрицы действует как съемник.

Обратная вытяжка применяется  для получения деталей с двойной  стенкой при объединении двух вытяжных операций в одну. На рис. 4, г приведена схема обратной вытяжки для получения деталей с двойной стенкой и высоких деталей. Заготовка устанавливается на матрице 2 и прижимается складкодержателем 4. В начале рабочего хода ползуна пуансон-матрица 6 вытягивает в матрице 2 колпачок большого диаметра, а затем пуансон 7 превращает его в деталь. В зависимости от длины хода пуансон-матрицы 6 может быть получена деталь с одной или с двойной стенкой.

Вытяжка с утонением  применяется как дополнительная операция для увеличения длины вытянутой детали за счет утонения боковых стенок. Это достигается тем, что зазор между пуансоном и матрицей выбирается меньшим толщины стенки исходной заготовки, а рабочее отверстие матрицы - коническое, При рабочем ходе ползуна пуансон 8 (рис. 4, д) проталкивает заготовку в виде колпачка через одну или две матрицы 2. Непосредственно за матрицей установлен съемник 9 с подвижными кулачками, которые охватывают пуансон. При обратном ходе пуансона деталь упирается в съемник и снимается с пуансона. Допустимое уменьшение толщины стенок за один переход составляет 40...60 %.

2. Исходя из вышеописанных  особенностей глубокой вытяжки,  основным требованием к заданному цветному сплаву является очень высокая пластичность, характеризуемая заданным относительным удлинением δ > 45...50 %. Принципиальный выбор при этом небольшой – деформируемые латуни или деформируемые алюминиевые сплавы.

Деформируемые алюминиевые сплавы систем алюминий-магний и алюминий-марганец не обладают заданной пластичностью: их относительное удлинение не превышает 30 %. А деформируемые латуни самого простого состава (медь + цинк, без легирующих элементов) для заданной цели подходят очень хорошо: их относительное удлинение больше 40 %. Поэтому для получения деталей методом глубокой вытяжки принимаем именно такие латуни. Обратившись к справочным таблицам, окончательно выбираем латунь марки Л68, содержащую:

• медь – 67…70 %;
• цинк – 30…33 %.

Механические характеристики латуни Л68:

• σ_в = 290…340 МПа;
• δ = 50 %;
• твердость НВ 70.

3. Выбранная латунь, как  было отмечено выше, состоит исключительно из меди и цинка. Механические свойства таких сплавов в зависимости от содержания цинка приведены на рис. 5.

Рис. 5. Механические свойства латуней.

 

Цинк повышает прочность  и пластичность сплава. Максимальной пластичностью обладает выбранный сплав Л68 с 30 % цинка. Переход через границу однофазной области (39 % цинка) резко снижает пластичность. β-латунь обладает максимальной прочностью (σ_в = 400 МПа) при относительно низкой для латуней пластичности (δ = 7 %). γ-латунь является весьма хрупкой. В силу отмеченных обстоятельств (малая пластичность) не только γ- и γ + β-, но и β-латуни не имеют практического применения. Применяются латуни, имеющие структуру α или α + β.

4. Холодная деформация при вытяжке характеризуется изменением формы зерен латуни, которые вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла. При холодной деформации формоизменение сопровождается изменением механических и физико-химических свойств металла. Это явление называют упрочнением (наклепом). Изменение механических свойств состоит в том, что при холодной пластической деформации по мере ее увеличения возрастают характеристики прочности, в то время как характеристики пластичности снижаются. Металл становится более твердым, но менее пластичным. Упрочнение возникает вследствие поворота плоскостей скольжения, увеличения искажений кристаллической решетки в процессе холодного деформирования (накопления дислокаций у границ зерен).

Изменения, внесенные  холодной деформацией в структуру  и свойства металла, обратимы. Они могут быть устранены с помощью термической обработки (отжигом). В этом случае происходит внутренняя перестройка, при которой за счет дополнительной тепловой энергии, увеличивающей подвижность атомов, в твердом металле без фазовых превращений из множества центров растут новые зерна, заменяющие собой вытянутые, деформированные зерна. Так как в равномерном температурном поле скорость роста зерен по всем направлениям одинакова, то новые зерна, появляющиеся взамен деформированных, имеют примерно одинаковые размеры по всем направлениям.

Для выбранной латуни Л68 рекомендуется следующий режим  отжига: нагрев до 350..450 ºС, изотермическая выдержка в течение 1…3 часов и медленное охлаждение на воздухе.

n

 

ЗАДАНИЕ 4

 

Условие.

В качестве рабочего (износостойкого) тела направляющих металлообрабатывающих станков используют пластмассовые полосы, прикрепленные к металлическому основанию. Выбрать пластмассу данного назначения. Указать классификационную группу и состав пластмассы, описать ее строение и физико-механические свойства.

 

Решение.

1. Направляющие - это наиболее ответственная часть станины металлорежущего станка, служащая для перемещения его сборочных единиц и находящихся на них инструментов и заготовок. В станках применяют направляющие скольжения и качения для прямолинейного и кругового перемещения.

Направляющие скольжения бывают закрытыми (рис. 6, а), когда подвижная сборочная единица станка имеет одну степень свободы, и открытыми (рис. 6, б). Основные формы направляющих скольжения показаны на рис. 7.

Рис. 6. Направляющие скольжения.

 

В станках очень часто  используют комбинированные направляющие, одна из которых плоская, а вторая - призматическая, V-образная или в виде половины ласточкина хвоста.

Рис. 7. Основные формы направляющих скольжения:

а - плоские; б - призматические; в - в форме ласточкина хвоста;

г - цилиндрические (штанговые).

 

Нас в данной задаче интересуют накладные направляющие, выполненные в виде пластмассовых планок, прикрепляемых винтами к литой чугунной станине.

2. Исходя из служебного  назначения и заданных свойств, пластмассовые накладные направляющие должны обладать следующими характеристиками:

• иметь высокую прочность, чтобы воспринимать сжимающие нагрузки от веса узлов и агрегатов станка, перемещающихся по направляющим;
• иметь высокую твердость и износостойкость, чтобы противостоять трению при перемещении узлов и агрегатов;
• обладать стойкостью к смазочным маслам и охлаждающим жидкостям.

Указанным характеристикам  наиболее полно отвечает фторопласт-4 - термопластичный полимер с химической формулой (-CF₂-CF₂-) n. Фторопласт характеризуется:

• пределом прочности при растяжении 200…300 МПа;
• коэффициентом трения по стали 0,2;
• низкими значениями износа;
• стойкостью к действию кислот и щелочей при комнатной и повышенной температуре;
• высокой теплостойкостью (до 300 °С).

Внешний вид листового фторопласта, применяемого для изготовления накладных направляющих, представлен на рис. 8.

 

Рис. 8. Листовой фторопласт.

n

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986.

2. Лахтин Ю.М. Металловедение. М.: Металлургия, 1986.

3. Прейс Г.А. и др. Технология конструкционных материалов. К.: Выща школа, 1991.

4. Солнцев Ю.П. Материаловедение. СПб.: Химиздат, 2002.

5. Технология конструкционных материалов / Под редакцией А.М. Дальского. М.: Машиностроение, 2004.

n

________________________________________________________________________________________ 

________________________________________________________________________________________ 

________________________________________________________________________________________ 

________________________________________________________________________________________ 

________________________________________________________________________________________ 

________________________________________________________________________________________