Сущность технологических процессов пайки, прокатки и прессования

Вопрос 1: Опишите технологический процесс горячей прокатки листов толщиной 1,2мм и шириной 1210мм от слитка до готовой продукции. Какое при этом применяется оборудование для прокатки в слябы и слябов на готовый лист?

Исходной заготовкой для прокатки обычно явл слиток.

1. ПРОКАТКА металлов, способ обработки металлов давлением - обжатие между вращающимися валками прокатных станов.

2. в зависимости от степени нагрева обрабатываемого металла различают горячую, холодную и теплую прокатку.

3. Для осуществления прокатки используется ПРОКАТНЫЙ СТАН - машина или система машин. Выбор стана осуществляется

- по назначению:

а) для производства полупродукта - обжимные станы (слябинги) для прокатки слитков в полупродукт крупного сечения для последующей прокатки в листовой металл СЛЯБИНГ (англ. slabbing), высокопроизводительный прокатный стан для обжатия крупных (массой до 45 т) стальных слитков в слябы. Характеризуется диаметром горизонтальных валков в мм, который обычно проставляется рядом со словом слябинг (напр., слябинг 1150).

б) заготовочные - для прокатки слябов в более мелкие заготовки.

- По виду выпускаемой продукции

а) исп листопрокатные станы т.е станы горячей прокатки для тонколистовой стали (до4мм),

Обычно для горячей прокатки тонколистовой стали используют непрерывные станы, состоящие из двух групп рабочих клетей- черновой и листовой.

Нагретые слябы - СЛЯБ (англ. slab, букв. - плита), полупродукт металлургического производства - стальная заготовка прямоугольного сечения с большим отношением ширины к высоте (до 15). Получают из слитков прокаткой на слябинге (иногда на блюминге или блюминге-слябинге) либо из жидкого металла на машинах непрерывного литья. Подаются по рольгангу (РОЛЬГАНГ (нем . Rollgang), то же, что роликовый конвейер) к окалиноломателю, в котором окалина дробится при деформировании в валках с небольшими обжатиями, а затем сбивается водой под давлением до 12 МН/кв.м. В черновых клетях листы прокатывают с максимальными обжатиями до толщины 15-35мм. Для получения точного по толщине листа важно соблюдать постоянство температуры прокатки в чистовых клетях. Поэтому после черновых клетей устанавливают воздушное охладительное устройство, понижающее при необходимости температуру листа. Затем лист проходит через чистовой окалиноломатель и поступает в чистовую группу клетей, где может прокатываться до 1,2мм. Выходящий из чистовых клетей лист сматывается в рулоны.

Горячекатаные тонкие листы в рулонах могут поступать на дальнейшую холодную прокатку или сразу на отделочные операции (плавку, резку и т.д.).

Для прокатки необходимо наличие контактного трения между валками и деформируемым металлом.

Инструментом для прокатки листов являются гладкие валки

Валки состоит из бочки 1, (рабочая часть валка), шеек 2(цапф), и трефы 3. Шейки валков вращаются в подшипниках, устанавливаемых в станинах. Комплект прокатных валков со станинами носит название рабочей клети и приводится в движение с помощью Эл.двигателя.

Каждый металл и сплав имеет свой строго определённый температурный интервал горячей обработки давлением. Например, углеродистая сталь10 начало1280-конец 750град, легированная ШХ15-1130-850, алюминиевый АК8 470-440, магниевый МА1-420-300,титановый ВТ8- 1100-900град. Заготовка должна быть равномерно нагрета по всему объёму до требуемой температуры. Разница темп между более нагретыми (поверхностными) слоями и менее нагретыми внутренними приводит к образованию внутренних трещин. Разность температур увеличивается с увеличением скорости нагрева, поэтому существует максимально допустимая скорость нагрева. Однако с увеличением времени нагрева появляется другая проблема- окалина, которая вдавливается в поверхность металла при деформации - поэтому необходимо увеличивать припуск на механическую обработку. Для качества изделий имеет значение режим охлаждения. При слишком быстром и неравномерном охлаждении - трещины или коробление.

Вопрос 2: Опишите особенности и преимущества производства фасонных отливок по выплавляемым моделям

Этим способом литья изготовляли литые скульптуры много столетий назад. В машиностроении его начали применять в 40-х годах 20в. Этот способ изготовления отливок трудоёмок и дорог. Однако он необходим.

- для получения точных отливок без последующей мех. обработки

- при изготовления деталей со сложной и трудоёмкой механической обработкой

- при использовании труднообрабатываемых сплавов (например, высоколегированных сталей и др.)

Имеется большое число вариантов всех основных операций технологии изготовления отливок по выплавляемым моделям, а также рецептур модельных и формовочных материалов.

Рассмотрим типовой процесс изготовления отливок. Пресс-форму изготовляют металлической или пластмассовой, разъёмной, состоящей из 2 частей. В пресс-форме выполняют каналы для литниковой системы.

1. В печах расплавляют легкоплавкий сплав. Наиболее часто прим смесь: 50%парафина и 50% стеарина.

2. Расплавленный легкоплавкий сплав из печи заливают под небольшим давлением в пресс-форму. При этом получают легкоплавкую модель точных размеров.

3. После затвердевания легкоплавкую модель вынимают из пресс-формы, собирают в блоки с общей литниковой схемой и погружают в огнеупорную суспензию, состоящую из 30% гидролизованного раствора этилсиликата( обладает большой клейкостью) и 70% кварцевой муки. Затем блок моделей посыпают сухим песком и сушат на воздухе. Повторяя эти операции несколько раз, получают форму толщиной 5-8мм.

4. Модель выплавляется из формы с помощью горячего воздуха при 120-150град, паром или горячей водой. Для крупных отливок облицованную и просушенную форму с литниковой системой помещают в металлический жакет и засыпают песком, уплотняют или засыпают металлической дробью.

5. Готовую форму прокаливают до т 850-900 град при кот остатки легкоплавкого состава выгорают. Фора при этом превращается в прочную керамическую оболочку.

6. Форму заливают расплавленным сплавом. При необходимости сплав подают в форму под действием центробежных сил.

7. После затвердевания металла блоки отливок выбивают из опок.

ОПОКА в литейном производстве , приспособление (в виде жесткой рамы или открытого ящика) для удержания формовочной смеси при изготовлении форм, транспортировании их и заливке металлом. Изготовляют литьем, сваркой, штамповкой и другими методами из стали, чугуна, алюминиевых сплавов.

Керамическую корку отбивают. Для удаления керамической корки с детали, имеющей отверстия и внутренние каналы, отливки выщелачивают при 120град в ванне с щелочным раствором с последующей промывкой их в горячей воде.

8. После контроля отливок отрезают литники и зачищают их остатки.

На многих заводах при литье по выплавляемым моделям все процессы изготовления отливок механизированы и автоматизированы.

В промышленности начали применять следующие способы получения точных отливок: литьём по выжигаемым, растворяемым, размораживаемым и по газифицируемым моделям. Наиболее перспективным из этих способов литья явл способ с применением моделей из пенопласта (пенополистирола) или, как его называют литьём по газифицируемым моделям.

Особенность литья по пенопластовым моделям- применение неразъёмных форм, из кот модель не извлекается, а газифицируется за счёт теплоты расплавленного металла. Таким способом получают отливки массой от 0,2кг до нескольких тонн из стали, чугуна, медных и алюминиевых сплавов в единичном и серийном производствах.

Пенополистирол из которого изготовляют модель, имеет малую плотность, разлагается при 300-350град, выделяя пары стирола, легко обрабатывается, даже простым ножом и разогретой проволокой.

В единичном производстве пенопластовые модели изготовляют механической обработкой вручную с помощью пил, рубанка, фуганка и на станках (строгальных, фрезерных, сверлильных и шлифовальных) Модели часто изготовляют по частям, кот затем соединяют склеиванием, сваркой, и тд.

В крупносерийном производстве модели из полистирола получают методом вспенивания в металлических или пластмассовых формах. В форму, полость которой имеет конфигурацию и размеры модели, загружают полистироловые гранулы. При нагревании гранулы вспениваются, расширяются, спекаются между собой, полностью заполняя полость формы. После охлаждения модель извлекают из формы.

Пенопластовую модель формуют в опоке обычным способом Формовочную смесь чаще уплотняют на встряхивающих и вибрационных станках.

После изготовления форму заливают сплавом, при этом модель, которая осталась в форме, газифицируется, и газы удаляют в выпоры, а место, где находилась модель, заполняют сплавом для образования отливки.

Существуют другие способы изготовления отливок с помощью модели из пенопласта. После изготовления формы пенопластовую модель удаляют растворением её, прокаливанием формы, электроплавкой, продувкой формы горячими газами. Форму заливают после удаления модели. Пенопластовые модели применяют также вместо выплавляемых моделей.

Вопрос 3: Опишите факторы, влияющие на структуру и свойства паяного соединения

ПАЙКА (паяние), процесс получения неразъемного соединения материалов (стали, чугуна, стекла, графита, керамики и др.), находящихся в твердом состоянии, расплавленным припоем с его последующей кристаллизацией при охлаждении.

Факторы, влияющие на структуру и свойства паяного соединения:

I. Правильный выбор типа соединений

Основными типами является стыковое соединение и внахлёстку, остальные- комбинации перечисленных. Стыковые применяют, когда изделие не работает в жестких условиях и от него не требуется герметичности. Внахлёстку - чем больше площадь перекрытия паяемых заготовок, тем выше прочность паяного шва. Сборные части изделий перед пайкой должны быть прочно соединены для предотвращения перекосов и смещений.

II. Правильный выбор способа пайки:

Пайка по источнику нагрева делится на - пайка в печах, сопротивлением (паяемые детали нагреваются при прохождении через них тока), погружением (в спец ваннах с расплавленными солями или припоями), пайку паяльником, инфракрасными лучами, лазером(радиационный нагрев), индукционную(паяемый участок нагревают в катушечном индукторе), газоплазменную( с помощью газосварочных и плазменных горелок) и др.

а) При пайке в печах соединяемые детали нагревают в них, заранее заложив в шов припой и нанеся флюс, до температуры пайки. Этот способ обеспечивает равномерный нагрев соединяемых деталей без заметной их деформации. Пайка в печах позволяет паять крупные и мелкие детали и механизировать работы, обеспечить стабильное качество и количество.

б) Пайка сопротивлением хороша при изготовлении тонкостенных изделий из листового материала или при соединении тонкостенных элементов с толстостенными.

г) пайка погружением в расплавленный припой используется для стальных, медных и алюминиевых твёрдых сплавов и для деталей сложной формы.

д) Плазменной горелкой, обеспечивающей более высокую темп нагрева, чем газовая, паяют тугоплавкие металлы - вольфрам, тантал, молибден, ниобий. И т.п.

III. Выбор припоя.

Пайка осуществляется посредством расплавленного промежуточного присадочного материала, называемого припоем.

Припои для пайки, заполняющие зазор в расплавленном состоянии между соединяемыми заготовками, должны отвечать след треб:

1. Темп их плавления должна быть ниже темп плавления паяемых материалов

2. Они должны хорошо смачивать паяемый матер и легко растекаться по его поверхности

3. Должны быть достаточно прочными и герметичными

4. Коэффициенты термического расширения припоя и паяемого материала не должны резко различаться

5. Иметь высокую электропроводность при паянии рабиоэлектронных и токопроводящих изделий

В результате научных исследований были подобраны группы припоев обладающие оптимальным сочетанием свойств.

Припои в зависимости от температуры плавления условно делят на две группы: низкотемпературные или легкоплавкие(мягкие), имеющие температуру плавления до 500C, и высокотемпературные тугоплавкие(твердые), имеющие температуру плавления выше 500C.

Легкоплавкие припои широко применяются в отраслях промышленности и в быту и представляют собой, например, сплав олова со свинцом. Разные количественные соотношения олова и свинца определяют свойства припоев; а также на основе висмута, индия, кадмия, цинка.

Пайку легкоплавкими припоями применяют в тех случаях, когда нельзя нагревать металл до высокой температуры, а также при невысокой требовательности к прочности паяного соединения. Соединения, паяные легкоплавкими припоями, достаточно герметичны.

Легкоплавкие припои выпускают в виде чушек, проволоки, литых прутков, зерен, лент фольги, трубок (заполняются канифолью) диаметром от 2 до 5 мм, а также в виде порошков и паст из порошка с флюсом.

Оловянно-свинцовые припои по сравнению с другими обладают рядом преимуществ: высокой смачивающей способностью, хорошим сопротивлением коррозии. При пайке этими припоями свойства соединяемых металлов не изменяются или почти не изменяются.

Легкоплавкие припои служат для пайки стали, меди, цинка, свинца, олова и их сплавов, серого чугуна, алюминия, керамики, стекла и др.

Пайку легкоплавкими припоями применяют в тех случаях, когда нельзя нагревать металл до высокой температуры, а так же при невысокой требовательности к прочности паяного соединения. Соединения, паяные легкоплавкими припоями, достаточно герметичны.

Оловянно-свинцовые припои изготовляют следующих марок:

Бессурьмянистые - ПОС61, ПОС40, ПОС10, ПОС61М, и ПОСК50-18;

Малосурьмянистые - ПОССу61- 0,5, ПОССу50-0,5, ПОССу40-0,5, ПОССу35-0,5, ПОССу30-0,5, ПОССу25-0,5 и ПОССу18-0,5;

Сурьмянистые - ПОССу95-5, ПОССу40-2, ПОССу35-2, ПОССу30-2, ПОССу25-2, ПОССу18-2, ПОССу15-2, ПОССу10-2, ПОССу8-3, ПОССу5-1и ПОССУ4-6.

В обозначении марки букв указывают: ПОС - припой оловянно- свинцовый, М - медь, К - калий; числа: первое - содержание олова, %, последующие - содержание меди и калия, % (остальное до 100%- свинец).

Тугоплавкие (твердые) припои представляют собой тугоплавкие металлы и сплавы. Из них широко применяют медно- цинковые и серебряно- цинковые припои. Для получения определенных свойств и температуры плавления в эти сплавы добавляют олово, марганец, алюминий, железо и другие металлы.

Добавка в небольших количествах бора повышает твердость и прочность припоя, но повышают хрупкость паяных швов.

Соединения, паянные медью и припоями на ее основе, имеют высокую коррозийную стойкость, и большинство из них выдерживает высокие механические нагрузки. Температура пайки припоями на медной основе составляет 850 - 1150 С.

Эти припои применяют для получения соединений, которые должны быть прочными при высоких температурах, вязкими, стойкими против усталости и коррозии. Этими припоями можно паять сталь, чугун, медь, никель и их сплавы, а также другие металлы и сплавы с высокой температурой плавления.

Твердые припои делят на две основные группы - медно-цинковые и серебряные.

Согласно ГОСТу медно-цинковые припои выпускают трех марок ПМЦ-36 для паяния латуни с содержанием 60-68% меди, ПМЦ -48 - для паяния медных сплавов, содержащих меди свыше 68%, ПМЦ -54 - для паяния бронзы, меди, томпака и стали. Медно-цинковые припои плавятся при температуре 700-950 С.

В марке буква П обозначает слово «припой», МЦ- медно-цинковый, а цифра- процент меди. Эти припои поставляют в виде зерен. Зерна припоев по величине разделяют на 2 класса - класс А зерна величиной от 0,2 до 3 мм, класс Б зерна величиной от 3 до 5 мм.

Пайка твердыми припоями применяют для получения прочных и термостойких швов.

Правильно должен быть выбран припой:

- Изделия из алюминия и его сплавов паяют с припоями на алюминиевой основе с кремнием, медью, оловом и др.металлами

- Магний и его сплавы паяют с припоями на основе магния с добавками алюминия, меди, марганца и цинка

- Изделия из коррозионно- стойких сталей и жаропрочных сплавов, работающих при высок темп (выше 500град) паяют с припоями на основе железа, марганца, никеля, кобальта, титана, циркония, гафния, ниобия и палладия.

IV.Качество паяного шва во многом зависит от прочности связи припоя с металлом основы.

В результате смачивания твёрдой металлической поверхности между припоем и основным металлом возникает межатомная связь. Эта связь может образоваться:

- При растворении металла основы в расплавленном припое с образованием жидкого раствора, распадающегося при последующей кристаллизации

А) За счёт диффузии составляющих припой элементов в основной твёрдый металл с образованием твёрдого раствора.

Б) За счёт реактивной диффузии между припоем и основным металлом с образованием на границе интерметаллических соединений

Для диффузной пайки необходима продолжительная выдержка при температуре образования паяного шва и после завершения процесса при температуре ниже солидуса припоя.

В) За счёт бездиффузионной связи в результате межатомного взаимодействия.

По механизму образования шва различают пайку готовым припоем, контактно-реактивную, реактивно-флюсовую, металлокерамическую, диффузионную и др.; Диффузионная и контактно-реактивная более трудоёмки, но обеспечивают высокое качество и применяется, когда в процессе пайки необходимо обеспечить минимальные зазоры.

Качество паяных соединений: прочность, герметичность, надёжность и др. зависят от правильного выбора основного металла, припоя, флюса, способа нагрева, величины зазоров, типа соединения.

К преимуществам пайки относят: незначительный нагрев соединяемых частей, что сохраняет структуру и механические свойства металла; чистота соединения, не требующая в большинстве случаев последующей обработки; сохранение размеров и форм детали; прочность соединения.

Современные способы позволяют паять углеродистые, легированные и нержавеющие стали, цветные металлы и их сплавы.

При увеличении температуры скорость окисления спаиваемых деталей значительно возрастает, в результате чего припой не пристает к детали. Для удаления окисла применяют химические вещества, называемые флюсами. Флюсы улучшают условия смачивания поверхности паяемого металла расплавленным припоем, предохраняют от окисления при нагревании и в процессе пайки. Флюс (кроме реактивно-флюсовой пайки) не должен химически взаимодействовать с припоем. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя.

Флюсы могут быть твёрдые, пастообразные, жидкие и газообразные. Различают флюсы для мягких и твердых припоев, а также для пайки алюминиевых сплавов, нержавеющих сталей и чугуна.

Флюсы для мягких припоев - это хлористый цинк, нашатырь, канифоль, пасты и др.

Флюсы для твердых припоев - это бура, борная кислота, и некоторые другие вещества.

Безопасность труда при выполнении паяльных работ и лужении.

Подготовка металлов и процесс пайки связаны с выделением пыли, вредных паров цветных металлов и солей, которые, попадая в организм человека через дыхательные органы, пищевод или кожу, вызывают раздражение слизистой оболочки глаз, поражение кожи и отравление. Поэтому при пайке и лужении необходимо соблюдать следующие правила:

Рабочее место паяльщика должно быть оборудовано местной вентиляцией.

Не допускается работа в загазованных помещениях.

После окончания работы и перед принятием пищи тщательно мыть руки мылом.

Химикаты засыпать осторожно, малыми порциями, не допуская брызг.

Попадание кислоты в глаза может вызвать слепоту, испарения кислот очень вредны.

Серную кислоту хранить в стеклянных бутылях с притертыми пробками или плетеных корзинах с мягкой прокладкой.

Запрещается лить воду в кислоту, так как при соединении воды с кислотой происходит сильная химическая реакция с выделением большого количества тепла. Даже при небольшом количестве воды, попадающей в кислоту, вода быстро нагревается и превращается в пар, что может привести к взрыву.

При нагреве паяльника соблюдать общие правила безопасного обращения с источником нагрева.

При работе с паяльными лампами, проверить исправность лампы, горючее наливать в лампу не долее 75% емкости, недопустимо доливать или наливать горючее в неостывшую лампу, керосиновую лампу заправлять только керосином.

Работать электрическим паяльником, ручка которого должна быть сухой и не проводящей тока.

Вопрос 4: Опишите оборудование и технологический процесс прокатки проволоки

Cуществует несколько способов прокатки проволоки

1. Бесслитковая прокатка- получение металлических прутков, лент, проволоки или заготовок заливкой жидкого металла в зазор между вращающимися в разные стороны горизонтальными прокатными валками. Процесс проката удешевляется и упрощается, так как исключается отливка слитков в изложницах и подготовка заготовок к прокатке.

ИЗЛОЖНИЦА - металлическая форма для отливки металла в виде слитка.

Схема бесслитковой прокатки на рис 3.

Рисунок 3. Схема бесслитковой прокатки.

Основным способом производства проволоки является волочение. Волочением обрабатывают меди и её сплавы, алюминий и сплавы и др. до диаметров проволоки 0,002-10мм, прутков 3-150мм.

Инструмент волочения- волока представлена на рис.4. Волоку изготовляют из инструментальной стали, металлокерамических сплавов и технических алмазов для волочения проволоки диаметром меньше 0,2мм. Влока представляет собой кольцо , рабочее отверстие которого состоит из зон I, II, III,IV.

Рисунок 4. Продольный разрез волоки.

I-входная (или смазочная зона),

II-деформирующая зона,

III-калибрующий цилиндрический поясок,

IV-выходной конус.

операции волочения

1. операция - подготовка заготовки к волочению: удаление окалины (травление в водных растворах кислот, промывка и сушка при 300-350град), нанесение на сух поверхность смазки (минеральное масло, мыло, графит и пр.)

2. Установление режима волочения исходя из суммарной вытяжки или суммарного обжатия, числа проходов оборудования, размеров протягиваемой заготовки, скорости волочения.

3. Отделка изделий после волочения состоит из удаления дефектов, правки, резки на мерные длины, маркировки, смазки или защитного покрытия.

4. Для проволоки применяют барабанные волочильные станы, схема которого на рис 5.



Рисунок 5. Барабанный стан.

1-вертушка,

2-отверстие волоки,

3-барабан,

4-редуктор и зубчатая передача.

Исходную заготовку в виде бунта укладывают на вертушку 1. Предварительно заострённый конец проволоки пропуск через отверстие волоки 2 и закрепляют на барабане 3, который вращают с помощью электродвигателя через редуктор и зубчатую передачу.

В станах многократного волочения (например, для проволоки диам. 2мм) используют до 20 барабанов с волоками. Например, стан типа 6/560, где 6-число волок, 550- диаметр тягового барабана мм. Со скоростью волочения 400-600м/мин

Волочение обеспечивает точность размеров : стальная проволока диаметром 1-1,6мм имеет допуск 0,02мм, высокое качество поверхности, получение очень тонких профилей.

Вопрос 5: Выберите тип оборудования и опишите технологический процесс изготовления изделий из термореактивных пластмасс методом обычного прессования; исходные материалы, схема процесса. Укажите области применения этих пластмасс в электротехнической промышленности

Термореактивные пластмассы-реактопласты (текстолиты, пресс-материалы, стеклопластики и др.) при нагревании легко переходят в вязкотекучее состояние но с увеличением продолжительности действия повышенных температур в результате химической реакции переходят в твёрдое нерастворимое состояние. Отвердевшие реактопласты нельзя повторным нагревом вновь перевести в вязкотекучее состояние. Термореактивные смолы (полиэфирная, эпоксидная) относятся к числу самотвердеющих при комнатной температуре. При введении небольшого количества отвердителя они переходят в твёрдое необратимое состояние. Это также оказывает влияние на технологию получения пластмасс деталей.

Технологический процесс переработки пластмасс в детали можно разбить на группы: переработка в вязкотекучем состоянии (прессование, литьё под давлением, выдавливание)

Прямое прессование - один из основных способов переработки реактопластов в детали. Сущность процесса: В полость матрицы пресс-формы загружают предварительно таблетированный или порошкообразный материал. При замыкании пресс-формы под действием усилия пресса пуансон создаёт давление на прессуемый материал.