Материал: Обработка конструкционных материалов

Обработка конструкционных материалов

Оглавление

1. (121 ) Опишите состав, назначение, приготовление формовочных и стержневых смесей. Охарактеризуйте элементы литниковой системы, их назначение, разновидности, применение.

. (151) Опишите явление, происходящие в металле при его нагреве. Какие дефекты возникают или могут возникать в стальной заготовке при ее нагреве перед горячей обработкой давлением? Меры, предупреждающие их возникновение, их устранение.

. (203) Типы электродов для дуговой сварки конструкционных углеродистых и низколегированных сталей. Условное обозначение электродов.

. (244) Опишите кратко материалы для изготовления металлорежущих инструментов: углеродистые, легированные, быстрорежущие стали, металлокерамические твердые сплавы, минеральная керамика, алмаз (основные марки, химический состав, область применения).

. (283) Определите силу Рz при наружном продольном точении стали (“сигма”B=750 МПа), при глубине резания t=3 мм и подаче S=18 мм/об; обработка ведется со скоростью 200 мм/мин. Найдите эффективную мощность для выполнения указанного точения.

Напишите и поясните формулу для определения скорости резания при точении. Для чего необходимо рассчитывать скорость резания?

Список литературы

. (121 ) Опишите состав, назначение, приготовление формовочных и стержневых смесей. Охарактеризуйте элементы литниковой системы, их назначение, разновидности, применение

Разовые литейные формы и стержни изготовляют из материалов, которые называют формовочными. Различают исходные формовочные материалы, формовочные и стержневые смеси, а также вспомогательные формовочные составы.

Исходные формовочные материалы разделяют на основные и вспомогательные.

К основным относят пески, являющиеся огнеупорной основой смесей, и связующие (глины, смолы и т. д.), соединяющие частицы песка между собой. Вспомогательные исходные материалы (различные добавки) предназначены для придания смесям специальных свойств, например повышенной газопроницаемости.

Для получения формовочных и стержневых смесей смешивают различные исходные формовочные материалы, при этом состав смеси и количество входящих в нее компонентов зависят от назначения смеси. Кроме свежих исходных формовочных материалов в состав смеси обычно входит бывшая в употреблении смесь, подвергнутая специальной обработке (например, охлаждению, дроблению, магнитной сепарации, просеиванию, увлажнению).

Вспомогательные формовочные составы (краски, клеи, пасты) предназначены для улучшения качества поверхности форм и стержней, придания ей определенных свойств, для соединения частей стержней.

Качество форм и стержней определяется свойствами формовочных и стержневых смесей, которые должны отвечать определенным требованиям.

Текучесть - это способность смесей перемещаться под действием внешних усилий и заполнять опоки и стержневые ящики.

Пластичность - это свойство смеси деформироваться под действием внешних усилий и сохранять полученную форму после удаления модели или стержневого ящика. Пластичность зависит от состава смеси, например в песчано-глинистых смесях от содержания в них глины и воды.

Прочность - способность смеси в уплотненном состоянии выдерживать не разрушаясь внешние воздействия. Она должна быть достаточной для того, чтобы формы и стержни не разрушались при их изготовлении, транспортировании, сборке и заливке расплавом.

Податливость - способность смеси в уплотненном состоянии деформироваться под действием сжимающих усилий, возникающих в процессе усадки при затвердевании и охлаждении отливок. При недостаточной податливости смеси в отливке могут образоваться трещины.

Газопроницаемость - свойство смеси пропускать газы, выделяющиеся при заливке и охлаждении из расплава, из стержня и самой формы, а также воздух, находящийся в ее полости. При недостаточной газопроницаемости в отливках образуются газовые раковины и поры.

Огнеупорность - способность смеси не размягчаться и не расплавляться под действием теплоты заливаемого в форму расплава.

Кроме того, смеси должны обладать достаточной живучестью, т. е. сохранять свои свойства после приготовления в течение заданного промежутка времени, малой газотворностью, т. е. не выделять большого количества газов в процессе заливки, выбиваемостью - легко удаляться из отливок после их охлаждения, негигроскопичностью.

Литниковая система - это совокупность каналов и элементов литейной формы, предназначенных для подвода расплавленного металла в полость формы, обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании. Основными элементами литниковой системы являются литниковая чаша (в кокилях воронка), стояк, шлакоуловитель (в кокилях литниковый ход), питатель, выпор или прибыль (рис.1.1).

Рис. 1.1 Элементы литниковой системы:

- питатель, 2 - стояк, 3 - литниковый ход, 4 - литниковая воронка, 5 -выпор, 6 - прибыль

Литниковая чаша является резервуаром, в который из ковша заливают металл. Она воспринимает удар струи расплава, дает возможность всплыть неметаллическим включениям и предохраняет от попадания в форму воздуха. Литниковую воронку наиболее часто применяют для кокильного литья, она выполняет те же функции, что и чаша, но в отличие от последней не задерживает шлак. Воронку размещают в песчаном стержне или вверху в половинках кокиля с вертикальным или комбинированным разъемом, а также в стенках кокиля преимущественно при литье цветных сплавов.

Стояк соединяет литниковую чашу со шлакоуловителем и служит для подачи расплава в другие элементы литниковой системы. Для предохранения формы от размывания жидким расплавом стояк заканчивается полукруглым углублением, которое называется зумпфом. Стояк выполняют в стержне или кокиле вертикально или наклонно, иногда в кокилях в виде изогнутого канала, особенно при литье цветных сплавов для снижения скорости течения расплава.

Шлакоуловитель предохраняет от попадания в полость формы неметаллических включений расплава (шлак, песчаные частицы и др.). В литниковых системах для литья в кокили вместо шлакоуловителя применяют в основном литниковый ход.

Питатели - это каналы, предназначенные для подвода расплава в полость литейной формы. Питатель выполняют в виде короткого канала, который в поперечном сечении имеет трапецеидальную и реже круглую, овальную или щелевидную форму.

Выпоры служат для вывода из формы пара и газов, определения момента заполнения формы и дополнительного питания отливки металлом. Выпоры делают на самых высоких точках отливки преимущественно со стороны, противоположной подводу металла.

Прибыли предназначаются для дополнительного питания отливки жидким металлом. Располагаются у наиболее массивных частей отливки для компенсации расплава при его затвердевании.

2. (151) Опишите явление, происходящие в металле при его нагреве. Какие дефекты возникают или могут возникать в стальной заготовке при ее нагреве перед горячей обработкой давлением? Меры, предупреждающие их возникновение, их устранение

Целью нагрева металла перед горячей обработкой давлением является снижение его сопротивления деформированию и повышение пластичности.

При нагреве металла до максимально допустимых температур ковки (1100 - 1250' С для сталей различных марок) сопротивление его деформированию снижается в 15 - 20 раз по сравнению с обычным холодным состоянием. Нагрев является важнейшей операцией при обработке давлением, так как от него зависят качество изделий, производительность оборудования и себестоимость продукции. Основные требования к нагреву металла сводятся к обеспечению равномерного прогрева слитка или заготовки по сечению и длине за минимальное время, при наименьшей потере металла на угар (в окалину) и экономном расходе топлива. Несоблюдение установленного режима нагрева по скорости и температурам может привести к ряду дефектов в металле, часть которых является неисправимым браком (пережог, трещины).

Применяют два основных способа нагрева заготовок: пламенный нагрев в печах и электронагрев. При пламенном нагреве тепло от сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива передается нагреваемому металлу тремя путями: конвекцией - от пламени и горячих газов к поверхности заготовок; излучением (лучеиспусканием)- от пламени и раскаленных стенок печи; теплопроводностью - с поверхности заготовок в глубь металла.

Схема передачи тепла металлу в рабочей камере нагревательной печи, работающей на твердом топливе, с полугазовым процессом сжигания, изображена на рис. 2.1.

Рис.2.1 Схема работы печной установки и передачи тепла металлу

Первичный воздух в количестве 60% от необходимого для полного сжигания топлива подается через колосниковую решетку в нижнюю часть топки. Вследствие неполного сгорания топлива в топочный объем поступает полугаз, содержащий горючие: окись углерода, углеводороды, водород и частицы углерода в виде сажи. Полугаз поднимается вверх, смешивается с вторичным воздухом (остальными 40%) перед входом в рабочую камеру и догорает в ней. В рабочей камере печи горящие газы передают тепло заготовкам, окружающим стенкам и своду, а раскаленные стенки и свод, в свою очередь, также отражают тепловые лучи на лежащие на поду печи заготовки. Теплообмен в печи показан условными обозначениями. При низких температурах (до 600 - 900' С) преобладает теплопередача металлу путем конвекции, а при высоких температурах около 90% всего тепла передается излучением. Нагреву металла до высоких температур сопутствуют тепловое расширение, структурные превращения и рост зерен металла, изменение его механических свойств, окисление и обезуглероживание поверхности заготовок.

Дефектами нагрева являются перегрев и пережог. Нагрев стали при высоких температурах (свыше 1050' С) вызывает быстрое увеличение размеров зерен за счет слияния более мелких зерен в крупные, т. е. перегрев металла. Крупнозернистый металл имеет низкое сопротивление удару и может дать трещины при ковке. Перегрев исправляется термической обработкой.

Пережогом называется явление сквозного окисления металла заготовки при высоких температурах нагрева (близких к линии солидус), сопровождающееся появлением окислов по границам зерен металла и нарушением механической связи между зернами. Пережженая сталь рассыпается на куски под ударами молота. Этот брак неисправим.

Электроды для ручной дуговой сварки изготавливают в виде стержней, выполненных из холоднотянутой калиброванной сварочной проволоки, на которую методом опрессовки под давлением наносят слой защитного покрытия. Роль покрытия заключается в металлургической обработке сварочной ванны, защите ее от атмосферного воздействия и обеспечении более устойчивого горения дуги.

В группу электродов для дуговой сварки конструкционных углеродистых и низколегированных сталей входят электроды, предназначенные для сварки углеродистых сталей, содержащих до 0,25% углерода, и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву до 590 МПа.

Основными характеристиками электродов являются механические свойства металла шва и сварного соединения: временное сопротивление разрыву (условное обозначение - sв), относительное удлинение (d5), ударная вязкость (aн), угол изгиба.

В условном обозначении типа электрода две стоящие за буквой "Э" (электрод) цифры соответствуют минимальному временному сопротивлению разрыву металла шва или сварного соединения в кгс/мм2.

По этим показателям электроды, классифицируются в ГОСТ 9467-75 на следующие типы : Э38, Э42, Э46 и Э50 - для сварки сталей с временным сопротивлением до 490 МПа; Э42А, Э46А и Э50А - для сварки тех же сталей, когда к металлу шва предъявляются повышенные требования по относительному удлинению и ударной вязкости; Э55 и Э60 - для сварки сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 490 МПа и до 590 МПа. Этим же стандартом регламентируется содержание серы и фосфора в наплавленном металле. Типы электродов представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1