41)Сущность процесса сварки под флюсом

При этом способе сварки электрическая дуга горит под зернистым сыпучим материалом, называемым сварочным флюсом.Под действием тепла дуги расплавляются электродная проволока и основной металл, а также часть флюса. В зоне сварки образуется полость, заполненная парами металла, флюса и газами. Газовая полость ограничена в верхней части оболочкой расплавленного флюса. Расплавленный флюс, окружая газовую полость, защищает дугу и расплавленный металл в зоне сварки от вредного воздействия окружающей среды, осуществляет металлургическую обработку металла в сварочной ванне. По мере удаления сварочной дуги расплавленный флюс, прореагировавший с расплавленным металлом, затвердевает, образуя на шве шлаковую корку. После прекращения процесса сварки и охлаждения металла шлаковая корка легко отделяется от металла шва. Не израсходованная часть флюса специальным пневматическим устройством собирается во флюсоаппарат и используется в дальнейшем при сварке.

Достоинства способа:

• Повышенная производительность;

• Минимальные потери электродного металла (не более 2%);

• Отсутствие брызг;

• Максимально надёжная защита зоны сварки;

• Минимальная чувствительность к образованию оксидов;

• Мелкочешуйчатая поверхность металла шва в связи с высокой стабильностью процесса горения дуги;

• Не требуется защитных приспособлений от светового излучения, поскольку дуга горит под слоем флюса;

• Низкая скорость охлаждения металла обеспечивает высокие показатели механических свойств металла шва;

• Малые затраты на подготовку кадров;

• Отсутствует влияния субъективного фактора.

Недостатки способа:

• Трудозатраты с производством, хранением и подготовкой сварочных флюсов;

• Трудности корректировки положения дуги относительно кромок свариваемого изделия;

• Неблагоприятное воздействие на оператора;

• Нет возможности выполнять сварку во всех пространственных положениях без специального оборудования.

Области применения:

• Сварка в цеховых и монтажных условиях

• Сварка металлов от 1,5 до 150 мм и более;

• Сварка всех металлов и сплавов, разнородных металлов.

• Автоматическая дуговая сварка под флюсом. Для сварки используют непокрытую электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха. Схема автоматической дуговой сварки под флюсом представлена на рис.3.. Схема автоматической дуговой сварки под флюсом Подача и перемещение электродной проволоки механизированы. Автоматизированы процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва. Дуга горит между проволокой и основным металлом 8. Столб дуги и металлическая ванна жидкого металла 9 со всех сторон плотно закрыты слоем флюса толщиной 30…50 мм. Часть флюса плавится и образуется жидкий шлак 4, защищающий жидкий металл от воздуха. Качество защиты лучше, чем при ручной дуговой сварке. По мере поступательного движения электрода металлическая и шлаковая ванны затвердевают с образованием сварного шва , покрытого твердой шлаковой коркой 6. Проволоку подают в дугу с помощью механизма подачи . Ток к электроду подводят через токопровод. Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла. Преимущества автоматической сварки под флюсом по сравнению с ручной: повышение производительности процесса сварки в 5…20 раз, повышение качества сварных соединений и уменьшение себестоимости 1 м сварного шва.

18)Литейное производство как наука о процессах получения металлических расплавов и отливок. Литейное производство — основная заготовительная база современного машиностроения. Роль советских ученых в развитии теории и технологии литейного производства. Технико-экономические показатели производства литых изделий. Современное состояние и основные тенденции развития литейного производства в России и зарубежных странах. Теоретические основы процессов плавкиСвойства металлов и сплавов в твердом и жидком состоянии, определяющие условия плавки (плотность, температура плавления, давление пара, вязкость и др.) Структура металлических расплавов. Термодинамические особенности процессов плавления. Металлохимические свойства элементов. Основные термодинамические константы. Термодинамические функции в расчетах металлургических процессов. Кинетика гетерогенных металлургических реакций.Взаимодействие металлов и сплавов с газами. Газонасыщение и газовыделение. Влияние температуры и давления. Системы металл—водород, металл—кислород, металл—водяной пар. Азот в жидком железе.Взаимодействие металлических расплавов с футеровкой плавильных и раздаточных печей, с материалами плавильных тиглей. Защита металлических расплавов от взаимодействия с воздушной средой. Плавка в защитной или инертной атмосфере, вакуумная плавка. Применение шлаков, флюсов, защитных покровов. Взаимодействие металлических и шлаковых расплавов. Основы теории шлаковых расплавов. Свойства жидких шлаков. Диссоциация. Свойства конденсированных фаз. Температурная функция прочности соединений. Особенности диссоциации оксидов. Прочность оксидов. Углерод, кремний, марганец, сера и фосфор в жидком железе. Тепловые и физико-химические основы плавки чугуна в различных плавильных агрегатах. Пути и методы интенсификации процесса плавки чугуна.Рафинирование расплавов от растворенных примесей и газов. Способы дегазации и раскисления. Фильтрование расплавов. Модифицирование 1-го и 2-го рода. Термовременнбя обработка расплава. Экологические проблемы при плавке и обработке расплава в жидком состоянии и заливке.1.2. Теория формирования отливкиПонятие о качестве отливки. Основные закономерности формирования свойств отливки. Теплообмен между отливкой и формой. Тепловые свойства литейных сплавов и материала форм и стержней. Математические модели теплового взаимодействия отливки и формы. Расчет затвердевания и охлаждения литейных сплавов в форме. Влияние конфигурации отливок и технологических факторов литья на кинетику затвердевания и охлаждения отливок. Управление тепловыми процессами. Моделирование тепловых процессов на ЭВМ в целях отработки технологии.Гидравлические процессы при заполнении формы. Основные законы гидравлики. Металлические расплавы как жидкости. Способы заполнения литейных форм Назначение литниковых систем, их конструкции, процессы, происходящие в литниковых системах. Типы литниковых систем. Проектирование и расчет литниковых систем. Управление процессом заполнения форм.Жидкотекучесть сплавов, влияние металлургических и технологических факторов на жидкотекучесть литейных сплавов и качество отливок.Физико-химические процессы на границе отливки с формой. Газовый режим формы. Окисление поверхности отливки в газовой атмосфере формы. Карбидобразование в поверхностном слое стальных отливок. Взаимодействие оксидов на поверхности отливки с материалом формы. Возникновение различных видов пригара. Способы повышения качества поверхности отливок. Поверхностное легирование.Кристаллизационные процессы. Термодинамика зарождения и роста центров кристаллизации. Равновесная и неравновесная кристаллизация сплавов, ее причины и последствия. Влияние скорости охлаждения на процесс кристаллизации. Ликвация, неметаллические включения, газы и газовые дефекты в отливках. Влияние состава, технологических и конструкционных факторов на развитие ликвационных процессов, Основные методы ограничения развития ликвационных процессов. Влияние металлургических и технологических факторов на характер литой макро- и микроструктуры отливок. Управление кристаллизационными процессами. Способы уменьшения и устранения дефектов в отливках.Усадочные процессы. Физическая природа усадки. Усадочная пористость. Влияние технологических факторов и состава сплавов на формирование усадочных раковин. Прибыли и их классификация. Основы расчета прибылей. Регулирование работы прибылей и организация питания отливок. Трехмерное моделирование процессов затвердевания для оценки правильности разработанной технологии изготовления отливок. Усадочные деформации отливок. Горячие и холодные трещины. Теоретические основы процесса образования трещин, влияние состава, технологических и конструкционных факторов на процесс формирования трещин. Способы предохранения отливок от трещин. Остаточные напряжения в отливках. Причины возникновения остаточных напряжений. Методы исследования и количественной оценки остаточных напряжений. Технологические средства снижения уровня остаточных напряжений в отливках.Релаксация напряжений. Способы предохранения отливок от коробления. Режимы термической обработки для снижения напряжений.

10)Производство стали в электропечах относится к области техники, именуемой общим понятием «электрометаллургия». По сути электрометаллургия охватывает все промышленные способы получения металлов и сплавов с помощью электрического тока (в сталеплавильных электропечах, в руднотермических печах, в агрегатах электрохимических производств и др.) Чаще всего под словом «электрометаллургия» понимают отрасль техники, в которой стали и сплавы получают с использованием электрической энергии как источника тепла, а с понятием «электропечь» связывают соответствующий агрегат для получения стали и сплавов. Принятая классификация плавильных электрических печей (или просто электропечей) основана на главном признаке — способе превращения электрической энергии в тепловую. В соответствии с этим электропечи для плавки металлов можно разделить на несколько групп.

Печи сопротивленияВ соответствии с известными законами физики при прохождении тока по проводнику в нем выделяется тепло (количество  которого  зависит  от  силы тока и электросопротивления). В качестве элемента сопротивления может использоваться  сам   металл   (прямой нагрев) или другой материал (косвенный нагрев). Печи такого типа рассмотрены в гл. 22 (переплавные процессы: дуговой переплав, электрошлаковый переплав).

Дуговые сталеплавильные печи (ДСП)В данных печах преобразование электрической энергии в тепловую   происходит   в   электрической дуге и выделяемое при этом тепло передается металлу либо с помощью излучения (косвенное действие, дуга горит между электродами), либо непосредственно за счет теплопроводности (прямой   нагрев,   дуга   горит   между электродом и металлом).

Индукционные сталеплавильные печиМеталл в таких печах нагревается токами, возбуждаемыми в нем переменным магнитным полем индуктора. Подробнее...

Плазменные печиВ   плазменных печах источником тепла служит плазма, получаемая с помощью плазмотронов.   Подовые   плазменно-дуговые печи (ПДП) по конструкции схожи с обычной ДСП. В ПДП катодом   дугового   разряда   постоянного тока   служат   катоды   плазмотронов, анодом — обрабатываемый       металл. Дуга в ПДП обдувается потоком инертного газа (обычно аргона).Плазменные высокочастотные печи (ПВП) применяют обычно для выращивания монокристаллов и переработки чистых веществ.

Электронно-лучевые печи (установки)Преобразование   электрической энергии в тепловую в данных  установках   происходит  непосредственно в расплавленном металле как результат соударения с ним электронов, вылетающих из электронной пушки. Переплавляемый металл подается  в  печь  в  виде  расходуемого электрода,  слитка,  порошка  и т. д.; расплавленный металл стекает каплями либо в водоохлаждаемый кристаллизатор — изложницу, либо в тигель. Плавка, происходящая при высокой  температуре и глубоком вакууме, используется для получения особо чистых тугоплавких металлов и сплавов, слитков из стали и сплавов для деталей особо ответственного назначения и т. п.

11)Раскисление является заключительной операцией перед заливкой, которая в значительной мере определяет свойства готового металла. Задачами раскисления являются:

- снижение растворимости кислорода присадками элементов - раскислителей, характеризующихся большим сродством к кислороду, чем железо, до уровня, обеспечивающего получение плотного металла;

- создание условий для возможно полного удаления образующихся продуктов раскисления из жидкой стали. Раскисление марганцем Марганец является сравнительно слабым раскислителем. При 1600 градусах и концентрациях марганца 0,2 и 0,8 процентов жидкое железо содержит 0,15 и 0,1 процент кислорода. При введении марганца в сталь образуются продукты раскисления, состоящие из FeO и MnO. Концентрация MnO в шлаковом расплаве зависит от содержания марганца в металле и температуры.

 Раскисление кремнием Кремний – более сильный раскислитель, чем марганец. При малых содержаниях кремния в стали и высоком содержании кислорода продуктом раскисления является не чистый кремнезем, а силикаты различного состава. Раскисление алюминием Алюминий является очень сильным раскислителем и в связи с этим широко применяется в практике сталеварения для раскисления стали. Раскислительная способность алюминия экспериментально определялась многими исследователями. Трудности экспериментального изучения раскислительной способности алюминия связаны со сравнительно большой погрешностью определений малых концентраций кислорода и раскислителя в расплаве, а также низкого окислительного потенциала в газовой фазе. Другие раскислители Цирконий. Относится к одному из наиболее сильных раскислителей. Ванадий. Сравнительно слабый раскислитель. Малые добавки ванадия вводятся в металл не для раскисления, а для регулирования зерна и связывания азота с целью предотвращения старения. Титан. При изучении раскислительной способности титана наибольшии трудности связаны с идентификацией продуктов раскисления. Кальций и магний являются очень сильными раскислителями. Трудности использования этих раскислителей для обработки жидкой стали связаны с тем, что при температурах сталеварения оба элемента находятся в газообразном состоянии и характеризуются очень низкой растворимостью в жидком железе. В реальных условиях магний используют для раскисления металла в виде лигатур, а кальций в виде сплавов с кремнием и алюминием. Очень сильными раскислителями являются лантаноиды (лантан, церий и др.), которые в последнее время широко применяются в сталеплавильном производстве

19)Формовка производится по металлическим или деревянным моделям. Для простой отливки состоящей из двух половин, призванных образовывать две полуформы.Набивка формовочной смеси производится ручными трамбовками. При формовке больших отливок используются ручные пневматические трамбовки. Уплотнение формовочной смеси при машинной формовке может осуществляться прессованием,встряхиванием или метанием смеси с помощью пескомета.Изготовление стержней производится вручную или на пескодувных, пескострельных машинах. После формовки производятся сушка, отделка и окраскастержней.Для получения отливок без усадочных раковин и пористости стремятся изготавливать отливки с приблизительно одинаковой толщиной стенки, без резких утолщений, которые являются тепловыми узлами. В таких узлах кристаллизация металла происходит в последнюю очередь, что способствует образованию в них усадочных раковин и микрорыхлот.

20)После выбивки отливку обрубают, т. е. удаляют литниковую систему, прибыли, выпоры, заливы металла (облои), которые образуются по месту разъема полуформ и около стержневых знаков. Литники от чугунных и мелких стальных отливок отбивают молотком сразу после выбивки; прибыли на остальных отливках удаляют газокислородными резаками. Для обрубки широко используются ленточные и дисковые пилы и различные прессы.После выбивки все отливки зачищают для удаления остатков прибылей, литников и мелких заливов. Зачистку производят пневматическими зубилами, шарошками, шлифовальными кругами и другими способами.Для удаления пригоревшей смеси и улучшения качества поверхности отливки очищают галтовкой, дробеметным, гидропескоструйным или электрохимическим способами.При вращении галтовочного барабана происходит взаимное соударение и трение отливок между собой. Кроме того, звездочки (из белого чугуна) своими острыми гранями оказывают дополнительное действие на поверхность отливок, ускоряя процесс и улучшая качество очистки.Дробеметная очистка состоит в бомбардировке поверхности очищаемой отливки потоком дроби, выбрасываемой дробеметным аппаратом. При этом достигается достаточно высокая чистота поверхности и происходит поверхностное упрочнение (наклеп) металла отливки.

32)Листовая штамповка – получение деталей из листовой заготовки резанием в штампах или превращение плоской заготовки в пространственную деталь без значительного изменения толщины стенки.Применяются в основном малоуглеродистые стали, а также сплавы меди и алюминия, свинца и олова в виде листов, лент, полос и штучных заготовок (δ ≤ 10 мм). Листовая штамповка делится на холодную, тонко- и толстолистовую (δ > 4), и горячую штамповки при δ > 8 ... 10 мм.

Операции листовой штамповки делятся на: o разделительные: отрезка, вырубка, пробивка, зачистка;o формоизменяющие: гибка, вытяжка, отбортовка, формовка и др.Резка производится на ножницах с параллельными ножами, гильотинных и

дисковых (роликовых).Вырубка (детали) и пробивка (отверстия в детали) – отделение одной части от другой по замкнутому контуру.Зазор между матрицей и пуансоном 5 ... 10 % от толщины материала δ, при пробивке – за счет матрицы, при вырубке – за счет пуансона. Зазор выбирается

так, чтобы скалывающие трещины, возникающие у лезвий пуансона и матрицы,

сходились.Гибка – изменение положения частей заготовки в пространстве путем плос-

кого деформирования. Растяжение волокон при вершине угла может привести к

их разрыву (трещине), поэтому гибка ограничивается минимальным радиусом

Rmin = δ×⋅К, где К = 0,1 ... 2,0 – определяется по таблицам в зависимости от ма-

териала и направления проката. Ребро гибки должно быть перпендикулярно на-

правлению проката.Вытяжка – получение из плоской листовой заготовки полого изделия или

из полой заготовки пространственной детали нужной формы и размеров. Воз-

можно образование гофр, если Dзаг. – d > (18 ... 20) δ, где δ – относительное уд-

линение. Удельное давление прижима от 1 до 4 Па. Вытяжка может произво-

диться с утонением стенки и без утонения. Растягивающие усилия наибольшего

значения достигают в месте перехода дна в стенку. Операция ведется со смаз-

кой. При многократной вытяжке вследствие наклепа могут возникнуть трещи-

ны, поэтому делают межоперационный отжиг при t = 920 ... 950°. Затем производят травление в растворе смеси HСl и H2SO4 при t = 60 °С, потом промывку и

нейтрализацию щелочью.Формовка – изменение формы изделий при сохранении наружного контура

за счет утонения деформируемой части изделия. Отбортовка – получение горловин и бортов вокруг предварительно пробитого отверстия.Штампы для листовой штамповки делят на простые (для выполнения одной операции на прессах простого или двойного действия) и комбинированные (для

нескольких операций последовательного или совмещенного действия).Зачистка – оформление кромок изделия.

23)Схема технологического процесса представлена на рис. 6.1. Формовочной смесью являются кварцевый песок и термореактивные смолы (4 ... 7 % пульвербакелита или карбамида). Металлические модельные плиты, состоящие из половинки модели и основания, нагреваются до 200 ... 250 °С. На них насыпают формовочную смесь. При выдержке 10 ... 30 сек. образуется полутвердая оболочка толщиной 5...20 мм. Незатвердевшая смесь при повороте модельной плиты на 180° ссыпается в бункер. Окончательное твердение оболочки производят в печи при t = 300 ... 350 °С в течение 1 … 1,5 мин. Перед заливкой оболочки верхней и нижних полуформ соединяются и заформовываются в опоках с за-

сыпкой их металлической дробью или кварцевым песком. Масса отливок –0,25 ... 100 кг.

Данный способ литья применяется в крупносерийном или массовом производстве, т. к. процесс легко поддаётся механизации и автоматизации. Метод обладает высокой производительностью, обеспечивает точность и качество поверхности существенно лучшие, чем при литье в ПГФ. Толщина стенки отливки 3…15 мм, снижение брака в 1,5 ... 2 раза по сравнению с литьём в ПГФ формы.Недостаток: высокая стоимость смоляных смесей.

6.2. Литье по выплавляемым моделям

Сущность: литье в неразъемную керамическую оболочковую форму, которая получается из жидких формовочных смесей по точной неразъемной разовой выплавляемой модели из легкоплавких материалов (воск, стеарин и др.).Модели получают методом прессования с использованием пресс-форм, из готавливаемых для каждой отливки. Собирают с помощью пайки модели деталей и элементы литниковой системы. Макают модель в суспензию, затем слой обсыпают сухим песком.Производят подсушку. Затем несколько раз повторяют нанесение слоёв. Окончательная сушка формы на воздухе 2 ... 2,5 часа.Суспензия для приготовления оболочки состоит из жидкого стекла или раствора этилсиликата, смешанных с пылевидными кварцем, магнезитом, шамо-том. После сушки из оболочек выплавляют модели детали и литниковой системы (рис. 6.2, е). Выплавку производят паром или горячей водой. Для придания окончательной прочности прокаливают форму в печи при температуре 900 ...950 °С.Перед заливкой оболочки засыпают песком в опоке (контейнере).Этот метод применяется в крупносерийном и массовом производстве. Технологический процесс механизирован и автоматизирован. Обеспечивается

очень высокая точность и чистота поверхности. Этим способом можно получать очень сложные по форме отливки. Сложность формы отливки ограничивается только технологией изготовления легкоплавких моделей. Припуски на обработку – 0,2 ... 0,7 мм. Толщина стенки отливки – 1 ... 3 мм. Недостатки: значительная трудоемкость и сложность процесса.Заметим, что скульптуры получаются также этим методом, только модельизготавливается не в пресс-форме, а вручную.

25) Наиболее часто для изготовления кокилей применяют чугуны СЧ20, СЧ25,ВЧ42-12. Используются также стали 10 и 20, 15ХМЛ. Литьё в кокили используется в основном для получения отливок из сплавов алюминия и магния. Для сплавов на основе железа литьё в кокиль используется редко, т. к. стойкость кокилей при заливке их сталью или чугуном очень мала.Технологический процесс начинается с очистки кокиля, его нагрева до 150 ...200 °С, смазки и покрытия внутренней поверхности кокиля огнеупорным составом 0,3 ... 0,8 мм в виде водной суспензии. При необходимости для получения внутренних поверхностей в кокиль устанавливают стержни, при этом производится его сборка и смыкание подвижных частей. Затем кокиль нагревается дорабочей температуры 150 ... 350 °С, производится заливка, выдержка, раскрытие,выбивка из отливок стержней (песчаных). Различают кокили с вертикальным и горизонтальным разъемом. Иногда кокили полностью или частично облицовывают огнеупорным материалом для повышения их стойкости и

облегчения ремонта.Достоинствами метода являются высокая точность размеров и низкая шероховатость поверхностей отливок. Недостатки: высокая стоимость кокиля, низкая стойкость при получении отливок из чугуна и стали. Кроме того, вследствие большой теплоёмкости и теплопроводности кокиля, трудно получить тонкостенные детали.

Центробежное литье

Заливка металла производится во вращающиеся формы. Различают литьё во вращающиеся формы с горизонтальной и вертикальной осями вращения. Центробежный метод литья позволяет получать внутренние отверстия в отливках без применения стержней, т. к. металл под действием центробежных сил, которые должны превышать гравитационные, отбрасывается к наружным стенкам

формы. При вращении формы с горизонтальной осью вращения отливают длинные отливки. Наиболее часто этот способ применяют для получения чугунных труб (D = 50 ... 1500 мм и длиной 4 ... 5 м). Частота вращения подбирается по диаметру трубы и изменяется в пределах 150 ... 1200 об/мин.Кроме того, центробежные силы приводят к удалению большого количества

легких примесей (шлака, оксидов, газовых пузырей) на внутреннюю поверхность отливки. Поэтому этот метод позволяет получать отливки с наружными поверхностями высокого качества. Его могут применять для литья заготовок,предназначенных для изготовления ответственных деталей, например зубчатых колёс, при этом применяют формы с вертикальной осью вращения.Достоинствами являются высокое качество, плотность металла, возможность получать двухслойные детали. Недостатком является низкое качество внутренней поверхности.

44)Ультразвуковая обработка производится абразивными зернами, которые совершают движение в определённом направлении, возникающее под ударами колеблющегося инструмента с частотой ϕ = 20 ... 30 кГц. Инструмент имеет форму,соответствующую форме обрабатываемой поверхности, например, отверстия. В зону обработки подается абразивная суспензия. Метод применяется для обработки хрупких (в т. ч. не проводящих ток) материалов, таких как стекло, алмаз, керамика, ферриты, кварц, кремний, драгметаллы, твердые сплавы.

Лучевая обработка

Электронно-лучевая обработка проводится электронным лучом, создаваемым мощной электронной пушкой с рабочим напряжением до 150000 В. Обработка проводится только в глубоком вакууме, используется импульсный режим.В зоне обработки температура может достигать 6000 °С. За счёт очень точной фокусировки электронного луча обеспечивается высокая концентрация энергии

(порядка 109 Вт на 1 см2). Таким образом можно получать отверстия с диаметром 1…2 мкм или резать металлы с такой шириной реза.Светолучевая (лазерная) обработка проводится с помощью оптическихьквантовых генераторов – лазеров, которые создают узкие направленные пучки

видимого света с чрезвычайно высокой плотностью тепловой энергии. Энергия может фокусироваться на диаметре ≈ 0,01 мм. Пример – обработка отверстий в диафрагмах из фольги W, Ta, Mo, Cu толщиной δ ∼ 50 мкм, которая обеспечивает диаметр отверстий dотв.= 20 ... 30 мкм.

21)В современном литейном производстве все более широкое применение получают специальные способы литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, кокильное, под давлением, центробежное и другие.Эти способы позволяют получать отливки повышенной точности, с малой шероховатостью поверхности, минимальными припусками на механическую обработку, а иногда полностью исключают ее, что обеспечивает высокую производительность труда. Каждый специальный способ литья имеет свои особенности, определяющие области применения.

Литье в оболочковые формы - процесс получения отливок из расплавленного металла в формах, изготовленных по горячей модельной оснастке из специальных песчано-смоляных смесей.Литье по выплавляемым моделям – процесс получения отливок из расплавленного металла в формах, рабочая полость которых образуется благодаря удалению (вытеканию) легкоплав Литье в металлические формы (кокили) получило большое распространение. Этим способом получают более 40% всех отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, отливки из чугуна и стали.Литье в кокиль – изготовление отливок из расплавленного металла в металлических формах-кокиляхЛитьем под давлением получают отливки в металлических формах (пресс-формах), при этом заливку металла в форму и формирование отливки осуществляют под давлением.

51)Порошковой металлургией называют область техники, охватывающую совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками без расплавления основного компонента.Из имеющихся разнообразных способов обработки металлов порошковая металлургия занимает особое место, так как позволяет получать не только изделия различных форм и назначений,но и создавать принципиально новые материалы, которые другим путем получитьилиоченьтрудноилиневозможно.У таких материалов можно получить уникальные свойства, я ряде случаев существенно повышается экономические показатели производства. При этом способе практически в большинстве случаев коэффициент исполь-зования материала составляет около 100%.Порошковая металлургия находит широчайшее применение для различных условий работы деталей изделий. Методами порошковой металлургии изготовляют изделия, имеющие специальные свойства: антифрикционные детали узлом трения приборов и машин (втулки, вкладыши, опорные шайбы и т.д.), конструкционные детали (шестерни, кулачки и др.), фрикционные детали(диски, колодки и др.), инструментальные материалы (резцы, пластины резцов, сверла и др.), электротехнические детали (контакты, магниты, ферриты, электрощетки и др.) для электронной и радиотехнической промышленности, композиционные (жаропрочные и др,)материалы.Порошки металлов применяли и в древнейшие времена. Порошки меди, серебра и золота применяли в красках для декоративных целей в керамике, живописи во все известные времена. При раскопках найдены орудия из железа древних египтян (за 3000 лет до нашей эры), знаменитый памятник из железа в Дели относится и 300 году нашей эры. До 19 века не было известно способов получения высоких температур (около 1600-1800 С). Указанные предметы из железа были изготовлены кричным методом: сначала а горнах при температуре 1000 С восстановлением железной руды углем получали крицу(губку), которую затем многократно проковывали в нагретом состоянии, а завершали процесс нагревом в горне для уменьшения пористости. На Киевской Руси железо полу-чали за 1400 лет до новой эры.С появлением доменного производства от крицы отказались и о порошковой металлургии забыли.Заслуга возрождения порошковой металлургии и превращения ее в особый технологический метод обработки принадлежит русским ученым П.Г. Соболевскому и В.В. Любарскому, которые в 1826 г., за три года до работ англичанина Воллстана, разработали техно-логию прессования и спекания платинового порошка.Типовая технология производства заготовки изделий методом порошковой металлургии включает четыре основные операции: 1) получение порошка исходного материала; 2)формование заготовок;3) спекание и 4) окончательную обработку. каждая из указанных операций оказывает значительное влияние на формирование свойств готового изделия.Производство металлических порошков и их свойства. В настоящее время используют большое количество методов производства металлических порошков, что позволяет варьировать их свойства, определяет качество и экономические показатели.Условно различают два способа изготовления металлических порошков: 1) физико-механический; 2)химико-металлургический При физико-механическом способе изготовления порошков превращение исходного материала в порошок происходит путём ме-ханического измельчения я твердом или жидком состоянии без изменения химического состава исходного материала. К физико- механическим способам относят дробление и размол, распыление,грануляцию и обработку резанием измельчаемого материала. При химико-металлургическом способе изменяется химический составили агрегатное состояние исходного материала. Основными методами при химико- металлургическом производстве порошков являются:восстановление окислов, электролиз металлов, термическая диссоциация карбонильных соединений.Механические методы получения порошков. Измельчение твердых материалов - уменьшение начальных размеров частиц путем разрушения их под действием внешних усилий.Различают измельчение дроблением, размолом или истиранием.Наиболее целесообразно применять механическое измельчение хрупких металлов и их сплавов таких, как кремний,сурьма, хром, марганец, ферросплавы, сплавы алюминия с магнием. Размол вязких пластичных металлов (медь,алюминий и др.) затруднен. В случае таких металлов наиболее целесообразно использование я качестве сырья отходов образующиеся при обработке металлов (стружка,обрезка и др.).

24)Центробежный способ литья применяется главным образом для получения полых отливок типа тел вращения (втулок, обечаек для поршневых колец, труб, гильз) из цветных и железоуглеродистых сплавов, а также биметаллов. Сущность способа состоит в заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму (изложницу). Жидкий металл за счет центробежных сил отбрасывается к стенкам формы, растекается вдоль них и затвердевает.Сущность центробежного литья заключается в том, что заполнение формы расплавом и формирование отливки происходит при вращении формы вокруг горизонтальной, вертикальной, наклонной оси или при сложном вращении формы. Это обеспечивает дополнительное воздействие на расплав и затвердевающую отливку поля центробежных сил. Процесс реализуется на специальных центробежных машинах и столах. Чаще используют два варианта способа, при которых расплав заливается в форму с горизонтальной осью вращения или с вертикальной осью вращения. В первом случае получают отливки - тела вращения малой и большой протяженности, во втором - тела вращения малой протяженности и фасонные отливки. Наиболее распространен способ литья во вращающиеся металлические формы с горизонтальной осью вращения пустотелых цилиндрических отливок. По этому способу отливка формируется в поле центробежных сил со свободной цилиндрической поверхностью, а формообразующей поверхностью служит внутренняя поверхность изложницы. Расплав из ковша заливают во вращающуюся форму через заливочный желоб. Расплав растекается по внутренней поверхности формы, образуя под действием поля центробежных сил пустотелый цилиндр. После затвердевания металла и остановки формы происходит извлечение от-ливки . Такой способ характеризуется наиболее высоким технологическим выходом годного (ТВГ~100 %), так как не расходуется металл на литниковую систему. При получении отливок со свободной параболической поверхностью при вращении формы вокруг вертикальной оси расплав из ковша заливают в форму, закрепленную на шпинделе , приводимом во вращение электродвигателем. Расплав под действием центробежных и гравитационных сил распределяется по стенкам формы и затвердевает, после этого вращение формы прекращают и извлекают из нее затвердевшую отливку 6.Отливки с внутренней поверхностью сложной конфигурации получают с использованием стержней в формах с вертикальной осью вращения. Так отливают венцы зубчатых колес. Расплав из ковша через заливочное отверстие и стояк поступает в центральную полость формы, выполненную стержнями, а затем через щелевые питатели (под действием центробежных сил) в рабочую полость формы. Технологический выход годного здесь меньше, чем в предыдущем способе. Избыток расплава (сверх массы отливок) в центральной полости формы служит прибылью и питает отливки при затвердевании. Мелкие фасонные отливки изготовляют по варианту , в котором применяют, например, песчаную форму. Части формы устанавливают на центробежный стол и крепят на нем. При необходимости используют стержни . Рабочие полости должны располагаться симметрично относительно оси вращения для обеспечения балансировки формы. Расплав заливают через центральный сток, из которого по радиальным каналам он попадает в полости формы. ТВГ при таком способе литья приближается к выходу годного при литье в песчаные формы. При центробежном литье можно использовать песчаные, металлические, оболочковые и объемные керамические, комбинированные формы. Получение отливки с геометрически правильной свободной поверхностью возможно лишь при определенной угловой скорости вращения (определяющей гравитационный коэффициент). При недостаточной скорости вращения свободная поверхность отливки искажается, повышается ее шероховатость, расплав плохо очищается от неметаллических включений, завышенная скорость может приво-дить к образованию в отливках трещин, усилению механического пригара и ликвационных процессов. Преимущества центробежного литья: Возможность улучшения заполняемости форм расплавом под действием давления, развиваемого центробежными силами; повышение плотности отливок вследствие уменьшения усадочных пор, раковин, газовых, шлаковых и неметаллическихвключений; уменьшение расхода металла и повышение выхода годного благодаря отсутствию литниковой системы при изготовлении отливок типа труб, колец, втулок или уменьшению массы литников при изготовлении фасонных отливок; исключение затрат на стержни при изготовлении отливок типа втулок и труб. Наряду с высокой производительностью и простотой процесса центробежный способ литья по сравнению с литьем в стационарные песчано-глинистые и металлические формы обеспечивает более высокое качество отливок, почти устраняет расход металла на прибыли и выпоры, увеличивает выход годного литья на 20...60 %. Особенности формирования отливки обусловливают и недостатки этого способа литья: высокая стоимость форм и оборудования и ограниченность номенклатуры отливок, трудности получения отливок из сплавов склонных к ликвации; загрязнение свободной поверхности отливок неметаллическими включениями и ликватами; - неточность размеров и необходимость повышенных припусков на обработку свободных по-верхностей отливок, вызванная скоплением неметаллических включений в материале отливки вблизи этой поверхности и отклонениями дозы расплава, заливаемого в форму.

Наивысшие технико-экономические показатели центробежного способа достигаются при получении пустотелых цилиндрических отливок с различными размерами и массой (длиной до нескольких метров и массой до нескольких тонн): труб различного назначения из чугуна, стали, цветных и специальных сплавов; втулок и гильз для стационарных и транспортных дизелей; колец подшипников качения и др. Большое распространение получило центробежное литье для биметаллических изделий, изделий из сплавов с низкой жидкотекучестью и высоким поверхностным натяжением, при необходимости получения тонкостенных отливок со сложной геометрией и микрорельефом поверхности. К ним относятся, например, турбинные диски с лопатками, отливки художественного и ювелирного назначения (серьги, кулоны, перстни и др.). Для таких изделий применяют керамические оболочковые формы по выплавляемым моделям, гипсовые формы, кокили и др. Эффективность достигается при этом вследствие возможности получения отливок без стержней, практически без отходов металла на литники и прибыли; получения высокого

Формы. Для изготовления отливок центробежным способом применяют различные литейные формы: металлические, песчаные, комбинированные (металлические с песчаными стержнями), керамические, оболочковые по выплавляемым моделям и др. Формы могут быть предназначены для изготовления отливок на машинах с горизонтальной и вертикальной осью вращения формы, для длинных или коротких отливок цилиндрической формы, для получения фасонных отливок; конструкция формы зависит также от характера производства (единичное, серийное, массовое).

Литье втулок, колец, венцов из цветных сплавов. Для производства втулок бронзовых, бронзовых вкладышей, подшипников скольжения, единичного крупногабаритного бронзового литья массой до 3-х тонн, венцов бронзовых для редукторов, лифтов, бронзовых венцов червячных передачи венцов из медных сплавов применяют металлические и реже песчаные формы. Втулки бронзовые, небольших и средних размеров из медных сплавов отливают в формы, рабочая поверхность которых покрыта ацетиленовой сажей или графитовой краской. Форму перед заливкой нагревают до температуры 80…400 0C. Частоту вращения изложницы выбирают с учетом зависимостей. Однако, например, отливки из медных сплавов, склонных к ликвации (высокосвинцовистые бронзы), во избежание ликвации отливают при частоте вращения изложницы менее критической, в режиме намораживания, при интенсивном охлаждении изложницы.Для получения качественных отливок из медных сплавов важно выдерживать определенную температуру заливки. Небольшие втулки и кольца из цветных сплавов изготовляют на многошпиндельных машинах с вертикальными осями вращения изложниц.Центробежное литье принадлежит к литейным процессам, основные операции которых выполняются с использованием машин. В зависимости от назначения машины для центробежного литья разделяют на универсальные, предназначенные для изготовления отливок об-щего назначения, труболитейные, предназначенные для изготовления чугунных и стальных труб, в том числе труб большого диаметра, специального назначения, предназначенные для изготовления однотипных отливок в массовом производств (гильзы двигателей внутреннего сгорания, биметаллические отливки и т. д.), а также валков прокатных станов и бумагоделательных машин. К последнему типу можно отнести и многошпиндельные машины для изготовления мелких отливок из цветных сплавов.В зависимости от расположения в пространстве оси вращения изложницы различают машины с горизонтальной, вертикальной и наклонной осью вращения. В зависимости от конструктивного исполнения различают шпиндельные, роликовые машины и центробежные столы.

4)При разработке и создании различных изделий машиностроения особое внимание уделяется технологичности их конструкции.Под технологичностью конструкции изделия понимают совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ (ГОСТ 14.205–83). Важная роль в обеспечении технологичности конструкций изделий принадлежит технологическим свойствам конструкционных материалов, основными из которых являются: свариваемость, паяемость, обрабатываемость давлением, литейные свойства, обрабатываемость резанием.«Металлический материал считается поддающимся сварке до установленной степени при данных процессах и для данной цели, когда сваркой достигается металлическая целостность при соответствующем технологическом процессе, когда свариваемые детали отвечали техническим требованиям как в отношении их собственных качеств, так и в отношении их в Фактор материала является важнейшим среди этих групп. На технологическую свариваемость существенное влияние оказывают следующие свойства основного металла:химический состав, который определяет температурный интервал кристаллизации; фазовый состав, а также фазовые и структурные превращения на этапах нагрева и охлаждения;теплофизические свойства, определяющие область и степень завершенности процессов превращений, которые протекают в материале под воздействием сварочного цикла;физико-химические свойства, которые определяют активность физико-химических реакций в сварочной ванне и зоне термического влияния;механические свойства, которые определяют способность материала воспринимать механические воздействия (напряжения), возникающие за счет неравномерности нагрева и охлаждения, жесткости конструкций и других факторов без разрушения лияния на конструкцию, которую они образуют». Фактор материала является важнейшим среди этих групп. На технологическую свариваемость существенное влияние оказывают следующие свойства основного металла:химический состав, который определяет температурный интервал кристаллизации; фазовый состав, а также фазовые и структурные превращения на этапах нагрева и охлаждения;теплофизические свойства, определяющие область и степень завершенности процессов превращений, которые протекают в материале под воздействием сварочного цикла;физико-химические свойства, которые определяют активность физико-химических реакций в сварочной ванне и зоне термического влияния;механические свойства, которые определяют способность материала воспринимать механические воздействия (напряжения), возникающие за счет неравномерности нагрева и охлаждения, жесткости конструкций и других факторов без разрушенияФактор материала является важнейшим среди этих групп. На технологическую свариваемость существенное влияние оказывают следующие свойства основного металла:химический состав, который определяет температурный интервал кристаллизации; фазовый состав, а также фазовые и структурные превращения на этапах нагрева и охлаждения;теплофизические свойства, определяющие область и степень завершенности процессов превращений, которые протекают в материале под воздействием сварочного цикла;физико-химические свойства, которые определяют активность физико-химических реакций в сварочной ванне и зоне термического влияния;механические свойства, которые определяют способность материала воспринимать механические воздействия (напряжения), возникающие за счет неравномерности нагрева и охлаждения, жесткости конструкций и других факторов без разрушения.Особенностями термического воздействия являются:неравномерный нагрев (градиент температуры при сварке в зависимости от вида сварки изменяется от сотен градусов до нескольких тысяч градусов на миллиметр);высокие температуры нагрева в зоне действия источника тепла, достигающие температуры кипения материала, например при лазерной сварке;большие скорости нагрева и охлаждения (от десятков до тысяч градусов в секунду).Металлургические процессы, протекающие в сварочной ванне, также имеют свои особенности:большая поверхность расплавленного металла по отношению к его объему (0,5–100 мм^–1); это определяет существенное влияние реакций, протекающих на поверхности сварочной ванны, на изменение свойств металла во всем объеме сварного шва;относительно малая масса расплавленного металла (от нескольких килограммов при электрошлаковой сварке до сотых долей грамма при сварке микродеталей);активность химических и физических процессов взаимодействия расплавленного металла с окружающей средой и сварочными материалами, обусловленная в значительной степени высокой температурой.К особенностям механического воздействия относят:возникновение в сварных соединениях напряжений, достигающих во многих случаях предела текучести;воздействие на сварное соединение остаточных напряжений, существовавших в конструкции до сварки.Рассмотренный комплекс факторов, влияющих на свариваемость, обуславливает нежелательные последствия:резкое отличие химического состава, механических свойств и структуры металла шва от химического состава, структуры и свойств основного металла;изменение структуры и свойств основного металла в зоне термического влияния;возникновение в сварных конструкциях значительных напряжений, приводящих в ряде случаев к образованию трещин;образование в процессе сварки тугоплавких, трудно удаляемых оксидов, затрудняющих протекание процесса, загрязняющих металл шва и понижающих его качество;образование пористости и газовых раковин в наплавленном металле, нарушающих плотность и прочность сварного соединения.Для сведения к минимуму неблагоприятных изменений свойств сварных соединений и устранения в них дефектов проводят специальные технологические мероприятия:используют термический цикл сварки, устраняющий образование закалочных структур (предварительный и сопутствующий подогревы, сварка короткими участками и др.);с целью уменьшения содержания водорода в металле сварного соединения улучшают защиту металла сварочной ванны, выполняют тщательную подготовку поверхности свариваемых кромок и сварочных материалов, используют флюсы и электродные покрытия с низким содержанием водорода и др.;производят термическую обработку сварного соединения непосредственно после сварки (нормализация, закалка с отпуском и др.);применяют технологические приемы, снижающие остаточные напряжения (сварка каскадом, использование приспособлений, создающих напряжения сжатия и др.)

33Объемная холодная и горячая штамповка

Штамповка это обработка металлов давлением в специальном инструменте −штампе. Штампы состоят из двух частей (верхней и нижней). Обычно нижнюю часть называют матрицей, а верхнюю пуансоном. Штампы могут быть открытыми или закрытыми и штампами для выдавливания (рис. 9.4). В открытых

штампах излишек металла выдавливается в облойные канавки, образуя заусенец. В закрытых штампах этого не происходит, поэтому заготовка должна точно соответствовать по объёму получаемой поковке. При штамповке в закрытых штампах поковка получается точнее, чем в открытых, меньше расход металла,но требуются машины с большим усилием. Кроме того, закрытые штампы значи-

тельно быстрее изнашиваются за счёт больших давлений, возникающих в них.

Если конфигурация заготовки имеет сложную форму, то штампы обычно имеют несколько ручьёв, т. е. углублений, которые соответствуют определённому этапу изменения формы заготовки.Использование штамповки даёт возможность получать заготовки или детали со сложным профилем. Вследствиевысокой себестоимости штампов штамповка применяется только в серийном и

массовом производстве.

При штамповке применяется также и выдавливание (рис. 9.4 в), которое посхеме деформирования близко к прессованию.

Схема технологического процесса горячей объемной штамповки включает операции: резка заготовок, их нагрев, штамповка, обрезка и пробивка облоя,термообработка, очистка от окалины, калибровка холодная и правка, устранение дефектов, приемочный контроль качества.

Различают несколько видов холодного выдавливания: прямое, обратное, боковое, комбинированное (рис. 9.5). При холодном выдавливании может достигаться очень большая деформация. Отношение площадей поперечного сечения до и после деформации А0 / А1 может доходить до ста. Этот вид прессования применяется для мягких пластичных материалов.

Достоинства холодной объемной и листовой штамповки:

• высокая производительность (до 40 тыс. штук в смену);

• высокая точность и чистота поверхности;

• возможность широкой автоматизации подачи заготовок и удаления деталей;

• лучшие условия труда, чем при горячей.