Производственные технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Чугуны. Фазовый состав, структура, свойства. Классификация, маркировка и назначение чугунов

Сплавы, содержащие менее 0,02% С, называются техническим Fe; от 0,02 до 2,14% С - сталями; > 2,14% - чугунами. Соответственно при 0,02-0,8%С - доэвтектоидные; 0,8%С - эвтектоидные и 0,8-2,14%С - заэвтектоидные стали. Чугуны: 2,14-4,3%С - доэвтектические; 4,3% - эвтектические; >4,3% - заэвтектические.

Разграничение между сталью и чугуном совпадает с предельной растворимостью С в аустените. Стали не содержат хрупкого ледебурита, а пластичный перлит. Поэтому они легко деформируются, т.е. являются ковкими. Чугуны же обладают лучшими литейными свойствами (низкая Т и усадка), что объясняется присутствием легкоплавкой эвтектики (ледебурита). чугун наростообразование деформирование заготовка

В доэвтектических чугунах (2,14-4,3%С) при 727С аустенит обедненный С до 0,8% превращается в перлит, т.е. после окончательного охлаждения они имеют структуру: перлит + ледебурит (перлит + цементит) + цементит.Чем больше содержание С, тем больше ледебурита и меньше перлита. Эвтектический чугун состоит из ледебурита, а заэвтектический при Т>727С из Ц, имеющего форму пластин и аустенита, причем количество Ц растет с концентрацией С. Т.о. сплавы Fe-C могут состоять из различных структурных составляющих (относительное содержание их определяется по диаграмме, изображенной на рис.1.1б) однако фазовый состав всегда при Т<727С одинаков: феррит + цементит (рис.1.1а).

Рис.1.1. Диаграммы для определения фазового (а) и структурного (б) состава сталей и чугунов

В состав чугуна входят: железо, углерод (2--4,5%), а также кремний, марганец, сера и фосфор и некоторые другие химические элементы.

Углерод -- наиболее важная после железа составляющая часть чугуна. Он может находиться в чугуне либо в виде химического соединения с железом -- цементита Fе_зС, либо в виде мелких пластинок графита. На состояние углерода в чугуне большое влияние оказывает скорость охлаждения: чем она больше, тем больше в чугуне цементита.

Когда углерод находится в виде цементита, цвет чугуна в изломе белый, поэтому такой чугун называют белым. Если углерод в чугуне находится в свободном состоянии в виде графита, то излом серого цвета. Такой чугун называют серым. Из серого чугуна получают отливки. Белый чугун используется в основном для передела в сталь. Небольшое его количество идет на получение отливок из ковкого чугуна.

Кремний попадает в чугун во время плавки из кремнезема. Он улучшает литейные свойства, повышает жидкотекучесть, способ ствует процессу графитизации и, значит, получению серого чугуна. Содержание кремния: в сером чугуне -- 0,81--3,6%, в белом -- до 1,3%.

Марганец переходит в металл из марганцовистой руды, добавляемой в доменную печь. С углеродом он образует карбид марганца Мп₃С. При небольшом содержании марганец повышает прочность чугуна. При значительном содержании он препятствует процессу графитизации, углерод в чугуне будет в связанном состоянии и получится белый чугун. В белых чугунах содержится 0,3-- 1,5%, в сером -- не более 1,5% марганца.

Сера -- вредная примесь. Она попадает в чугун из топлива и частично из руды. Сера увеличивает хрупкость чугуна, понижает прочность, придает густотекучесть (чугун плохо заполняет форму). При остывании отливок с повышенным содержанием серы часто образуются трещины -- красноломкость. Допускаемое содержание серы: в сером чугуне не более 0,02--0,06%, в белом -- не более 0,06%.

Фосфор переходит в чугун из руды и находится в нем в виде химического соединения с железом. Он понижает механические свойства чугуна, придает ему хладноломкость -- хрупкость в холодном состоянии. Содержание фосфора в отливках должно быть не более 0,3%. Поскольку фосфор увеличивает жидкотекучесть чугуна, чем обеспечивается хорошее заполнение формы, его содержание при изготовлении художественного литья доходит до 1,2%.

2. Обработка резанием: явления в зоне обработки (наростообразование, тепловыделение, наклеп и деформации, износ инструмента и др.)

При обработке резанием пластичных металлов на передней поверхности лезвия инструмента может образоваться нарост. Металл заготовки при некоторых условиях прочно сцепляется с инструментом, хотя размеры и форма нароста постоянно меняются. Нарост существенно влияет на резание и качество обработанной поверхности:

1. Силы резания уменьшаются, т.к. увеличивается передний угол резца;

2. Уменьшается износ инструмента по передней поверхности;

3. Улучшается теплоотвод, но (рис. 2.1а);

4. Увеличивается шероховатость обработанной поверхности;

5. Ухудшается ее качество из-за волнистости и вибраций станка и др.

Рис.2.1. Наростообразование (а), наклеп и деформирование обработанной поверхности (б)

Т.о., нарост полезен при черновой, но вреден при чистовой обработке.

Для предотвращения наростообразования нужно изменять геометрию режущего инструмента; подбирать скорость резания; применять смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) и чистящую обработку передней поверхности резца (для уменьшения сил трения).

Результатом упругого и пластичного деформирования обрабатываемого материала является упрочнение (наклеп) поверхностного слоя. Это, в первую очередь, связано с тем, что инструмент не идеально острый, а имеет закругленные режущие кромки с радиусом мм (рис.8б) ( растет по мере износа). Твердость упрочненного слоя (обычно ) возрастает в 2 и более раз в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала, геометрии резца и режима резания. Следствием деформации является упругое восстановление поверхностного слоя, возрастание сил трения по вспомогательной задней поверхности инструмента и искажению размеров и формы обрабатываемой заготовки. Следовательно, окончательную обработку следует вести так, чтобы остаточные напряжения отсутствовали или были минимальными. Предпочтительными являются напряжения сжатия и то только на заключительных стадиях обработки. (Наклеп, полученный при черновой обработке, отрицательно влияет на режимы последующей чистовой обработки).

Резание сопровождает выделение в зоне обработки теплоты из-за: упруго пластического деформирования материала; трения стружки о переднюю поверхность лезвия, трения задних поверхностей о поверхность резания и обрабатываемую поверхность. Уравнение теплового баланса:

,

где , и -- деформационная и трибосоставляющие тепловыделения; -- тепло отводимое стружкой; -- заготовкой; -- инструментом; -- излучением в среду. В зависимости от метода и условий обработки: ; ; . Главный фактор -- скорость резания (см. рис. 2.2, 2.1).

Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания:

1. Нагрев инструмента до высоких температур (см. распределение на рис. 2.4 а,б) в 800-1000С вызывает структурные превращения материала и, как следствие, снижение твердости и режущих способностей;

2. Изменяется геометрическая форма и размеры инструмента, а значит отклоняются формы и размеры обрабатываемых поверхностей;

3. Неоднородность температурного поля в объеме заготовки влияет на отклонение ее формы и размеров от номинальных, и должна быть учтена при наладке станков.

Рис.2.4. Распределение температуры по сечению токарного резца

Для уменьшения отрицательного влияния тепловыделения обработку следует вести на оптимальных режимах с применением охлаждающих средств. В их качестве применяются:

-- жидкости (водные растворы солей, мыл, эмульсии, масла и эмульсии, ПАВ с добавлением смазочных и защитных веществ (графит, парафин, воск);

-- газы и газообразующие вещества (СО₂, CCl₄, N₂, пары ПАВ, распыленные жидкости, пены);

-- твердые вещества (порошки воска, парафина, мыла и др.)

Наиболее эффективны СОЖ: снижается трение стружки, работа деформирования, тепловыделение, наростообразование и др. Эффективная мощность резания уменьшается на 10-15%, возрастает стойкость инструмента, улучшается точность и качество обрабатываемых поверхностей.

При черновой и получистой обработке (необходимо сильное охлаждение) в основном используются водные эмульсии. Расход 5-150 л/мин. При чистовой обработке -- различные масла с активизаторами (P; S; Cl). При обработке хрупких материалов (элементарная стружка) -- охлаждают сжатым воздухом, углекислотой. Способы подвода СОС растворов в зону обработки показаны на рис.2.5.

Рис.2.5. Способы подвода смазывающе-охлаждающих веществ в зону обработки

Трение между стружкой и передней поверхностью лезвия и между главной задней поверхностью и заготовкой приводит к изнашиванию инструмента (в основном абразивному). В дополнение к нему за счет высоких температур и давлений наблюдаются и другие виды изнашивания: окислительное, адгезионное (за счет сил молекулярного сцепления материалов); термическое (структурные превращения в материале инструмента). При изнашивании на передней поверхности лезвия (рис. 2.6 а) образуется лунка шириной , а на главной задней поверхности -- ленточка шириной .

Рис.2.6. Критерии износа (а) и его влияние на точность обработки

Износ влияет на глубину резания, так как. уменьшается вылет резца (рис.2.6 б) на и глубина резания . Обрабатываемая поверхность получается конусообразной. Допустимое значение износа называют критерием износа. Для токарных резцов из бысторежущей стали: мм; твердосплавных резцов -- мм; минералокерамики -- мм.

Под периодом стойкости инструмента понимают суммарное время (в мин.) его работы между заточками. Для различных инструментальных материалов мин. и зависит от свойств материала инструмента и заготовки, режима резания, геометрии инструмента и условий обработки. Наибольшее влияние на оказывает скорость резания. Связь и выражается зависимостью или , ( -- постоянная). Поскольку показатель стойкости мал, резко падает даже при незначительном увеличении . То есть обработку следует вести на расчетной или ближайшей меньшей за расчетную частоте вращения шпинделя.

Износ влияет также на силы резания (а следовательно увеличиваются деформации заготовки и инструмента, величина наклепа, теплообразование и др.). Влияние размерности износа устраняется периодической подналадкой станка с помощью адаптивных систем обратной связи, заменой инструментальных магазинов и др.

3. Разработать схему базирования (с учетом конструкторских требований, приведенных на чертеже) и представить её условно на технологической схеме обработки корпусной детали (Приложение 1)

чугун наростообразование деформирование заготовка

В данном случае применяется схема базирования призматических деталей. Эта схема предусматривает базирование заготовок деталей типа плит, крышек, картеров и др. Каждая обрабатываемая заготовка призматической формы, если ее рассматривать в системе трех взаимно перпендикулярных осей (рис. 3.1), имеет шесть степеней свободы: три перемещения вдоль осей Ox, Оу, Oz и три перемещения при повороте относительно этих же осей. Положение заготовки в пространстве определяется шестью координатами (рис. 3.1, штриховые линии).

Три степени свободы, т. е. возможность перемещаться в направлении оси Oz и вращаться вокруг осей Ох и Оу, ограничиваются тремя координатами, определяющими положение заготовки относительно плоскости хОу. Две степени свободы, т. е. возможность перемещаться в направлении оси Ох и вращаться вокруг оси Oz, ограничиваются двумя координатами, определяющими положение заготовки относительно плоскости yOz. Шестая координата, определяющая положение заготовки относительно плоскости xOz, ограничивает ее возможность перемещения в направлении оси Оу, т. е. лишает ее шестой -- последней степени свободы.

Этот порядок установки заготовок призматической формы называется правилом шести точек. Это правило распространяется не только на заготовки призматической формы, базируемые по их наружному контуру, но и на заготовки другой формы при использовании для их установки любых поверхностей, выбранных для базирования.

Рис. 3.1

Рис. 3.2

На рис. 3.2 приведена схема положения обрабатываемой заготовки в приспособлении, где силы зажима Q_lf Q₂, Q₃ образуют силовое замыкание базирования заготовки (штрихами показаны опорные точки). Нижняя поверхность заготовки с тремя опорными точками является установочной базой. Как правило, в качестве установочной базы выбирают поверхность с наибольшими размерами. Боковая поверхность с двумя опорными точками является направляющей базой, для которой выбирают поверхность наибольшей протяженности. Поверхность с одной опорной точкой является опорной базой.

Список использованных источников

1. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник/ Под общ. ред. А.П.Достанко.- Мн.: Выш. шк., 2002.- 415 с.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.В. Материаловедение: Учебник для вузов.- М.: Машиностроение, 1990.- 528 с.

3. Технология конструкционных материалов: Учеб. пособие для вузов. В 2 т./ Под ред. А.М.Дальского.- М.: Машиностроение, 1998.

4. Машиностроение. Энциклопедия. Т.III-8. Технология, оборудование и системы управления в электронном машиностроении/ Под ред. Ю.В.Парфилова.- М.: Машиностроение, 2000.- 744 с.

Размещено на Allbest.ru