Технологические процессы в металлургии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра технологии машиностроения

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Технологические процессы машиностроительного производства

Тема: Технологические процессы в металлургии

1. Технология получения чугуна

доменная сплав заготовка прокатка сварка

Чугун - сплав железа с углеродом , в которых содержание углерода превышает 2,0 %. Чугун является основным исходным материалом для получения стали, расходуется примерно 80-85% чугуна. Вместе с тем чугун наиболее распространенный литейный сплав.

Железные руды - основной исходный материал, чаще всего представляют собой окислы железа, хорошо восстанавливающиеся в условиях доменной плавки.

В настоящее время для выплавки чугуна используют лишь около 5% сырой железной руды ; 95% всей руды до плавки подвергают предварительной подготовки . Подготовка железной руды является одним из наиболее эффективных направлений в совершенствовании доменного производства и дает возможность использовать более бедные руды. Подготовка руды включает в себя : дробление, сортировку, и другие операции.

Расплавленный чугун выпускают через одну-две чугунные летки по 10-18 раз в сутки. В ковшах-чугуновозах емкостью 80-100 т его по железно- дорожным путям подают в сталеплавильный цех для выплавки в сталь, либо на разливочную машину. В первом случае чугун сливают в миксеры емкостью до 2000т, отапливаемые газом. Разливочная машина представляет собой конвейер с укрепленными на нем формами, в них получают большие слитки - чугунные чушки которые направляют на другие заводы.

В доменных печах из руд некоторых месторождений выплавляют также природно-легированные чугуны, содержащие хром , ванадий, никель и т.п.

Основными показателями работы доменной печи является ее производительность и расход кокса на 1т. Коэффициент использования полезного объема печи определяется как отношение полезного объема печи к ее среднесуточной производительности.

Чем выше КИПО, тем выше производительность печи. Удельный расход кокса в отечественной металлургии в среднем около 550 кг. На 1 т предельного чугуна, на передовых заводах ниже 450 кг. Это важный экономический показатель, так как стоимость кокса составляет 45-55% стоимости чугуна.

Основными направлениями в совершенствовании доменного производства является строительство экономически более выгодных крупных печей объемом до 5000м3, улучшение подготовки сырых материалов к плавке, интенсификация доменного процесса путем обогащения дутья кислородом, применение природного газа и т.д. Все большее значение имеет совершенствование систем комплексной механизации и автоматического управления доменным процессом.

2. Способы получения литых заготовок в машиностроении

Современные способы получения заготовок литьём достаточно широко обеспечивают заданные точность, параметры шероховатости поверхности, физические и механические свойства заготовок. Поэтому при выборе способа получения заготовки необходимо оценивать все преимущества и недостатки каждого рассматриваемого, сопоставляемого варианта. Без такой оценки невозможно принять правильное решение об использовании того или иного способа, невозможен выбор оптимального варианта.

В общем производстве литых заготовок значительный объём занимает литьё в песчано-глинистые формы, что объясняется его технической универсальностью. Этот способ литья экономически целесообразен при любом характере производства, для деталей любых массы, конфигурации, габаритов, для получения отливок практически из всех литейных сплавов.

Литье в оболочковые формы является прогрессивным способом получения отливок с повышенными чистотой поверхности и точностью размеров. При данном способе литья формы изготавливаются по горячим металлическим моделям, формовочная смесь содержит огнеупорный материал (например, кварцевый песок) и органические связующие - термореактивные смолы, например пульвербакелит (3-9 % от массы песка).

Литьё по выплавляемым моделям является прогрессивным способом получения точных и сложных по форме отливок из любых литейных сплавов, в связи, с чем оно получило широкое распространение в машино-, приборостроении, в инструментальном производстве, при изготовлении художественного литья и ювелирных изделий. Литейная форма для этого способа литья представляет собой неразъёмную тонкостенную, прочную, негазотворную, высокоогнеупорную с гладкой рабочей поверхностью оболочку.

Литьё в металлические формы (кокиль) является одним из прогрессивных способов получения отливок из чугуна, стали и цветных сплавов массой от нескольких граммов до десятков тонн.

Сущность процесса заключается в многократном применении металлической формы, имеющей гораздо более высокую стойкость, чем обычная песчано-глинистая. Полости в отливке выполняют при помощи металлических или песчаных стержней, которые извлекают из отливки после её затвердевания и охлаждения до заданной температуры. Экономическая целесообразность литья в металлические формы во многом зависит от стойкости форм, их долговечности и стоимости.

Литьё под давлением по технологическим и экономическим показателям занимает ведущее место среди способов получения отливок, так как при наибольшем приближении формы и размеров отливки к готовой детали, высокой точности и чистоте поверхности этот способ обеспечивает и наиболее высокий уровень производительности труда, возможность полной автоматизации технологического процесса.

Центробежное литьё - это способ изготовления отливок, при котором заливаемый в форму металл подвергается действию центробежных сил, возникающих в жидком металле при заливке во вращающуюся форму или, в отдельных случаях, в результате вращения уже заполненной металлом формы. Центробежное литьё является типичным видом литья, при котором используются формы как разовые, так и постоянные. Это даёт возможность комбинировать центробежное литьё с другими видами литья, например с литьём по выплавляемым моделям.

Наибольший технико-экономический эффект даёт применение центробежного литья при крупносерийном массовом производствах отливок типа тел вращения. К числу таких изделий относятся трубы (различного назначения) из чугуна, стали, цветных металлов, жаростойких, коррозионно-стойких и твёрдых сплавов, втулки, цилиндрические гильзы, тракторные и автомобильные детали, кольца подшипников скольжения, железнодорожные и трамвайные бандажи и т.п. Большое распространение получил способ литья биметаллических изделий. Наибольших масштабов достигло применение центробежного литья в производстве чугунных труб.

Недостатки и особенности литья под давлением послужили предпосылкой к разработке нового технологического процесса, являющегося разновидностью литья под давлением, - штамповки жидкого металла.

Основой повышения экономической эффективности литейного производства, конечно же, является технический прогресс. Технический прогресс - это процесс совершенствования производства, технологических методов и форм организации труда и производства, состоящий в непрерывном совершенствовании производства на базе новой техники, научных достижений и передового опыта.

Современное машиностроение невозможно без применения литых заготовок, обеспечивающих рациональное использование металла (70-80%) и эффективное снижение массы изделий за счёт рациональной конструкции детали, применения литейных сплавов с более высокими технологическими, физико-механическими и служебными свойствами.

Металлы и сплавы, используемые при изготовлении отливок должны обладать хорошими литейными свойствами: высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, низкой склонностью к образованию трещин и поглощению газов, герметичностью.

Жидкотекучесть - способность металлов в жидком состоянии заполнять форму и воспроизводить в отливке её очертания, Природа жидкотекучести очень сложна и зависит от многих факторов, которые, однако, можно разделить на следующие группы.

К первой группе относятся факторы, связанные со строением и свойствами металлов в жидком состоянии (природа сплава, вязкость, теплоёмкость, теплопроводность и т.п.). Особенно высокой жидкотекучестью обладают силумины, чугуны, безоловянные бронзы. Из этих сплавов можно получать очень сложные, тонкостенные отливки. Средней жидкотекучестью обладают сплавы алюминия с медью и магнием, оловянные бронзы, углеродистые и среднелегированные стали. Пониженная жидкотекучесть наблюдается у магниевых сплавов.

Ко второй группе относятся факторы, определяемые условием заливки, подводом жидкого металла к форме, т.е. технологическим процессом литья.

К третьей группе относятся факторы, определяемые способом получения отливок. Так, при литье под давлением и центробежном литье жидкотекучесть повышается за счёт принудительного заполнения формы. Она повышается и при литье по выплавляемым моделям, так как металл заливается в горячую форму, Жидкотекучесть падает при литье в металлические формы в силу более интенсивного теплообмена между заливаемым металлом и более холодной формой.

3. Изобразите схему продольной, поперечной и продольно-поперечной прокатки. Изложите сущность прокатки и условие захвата заготовки валками. Технико-экономические показатели

Прокатку производят на металлургических и машиностроительных заводах, при этом получают прокат -- готовые изделия или заготовки для последующей обработки ковкой, штамповкой, прессованием (выдавливанием), волочением или резанием. В прокат перерабатывают около 80 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов и сплавов. Прокат используют в строительстве, машиностроении и металлообработке.

В зависимости от вида прокат делят на сортовой, листовой, трубный, периодический и специальный. На рис. 133 приведены виды сортового проката общего назначения: 1 -- квадратный; 2 -- круглый; 3 -- полосовой; 4 -- угловой; 5 -- двутавровый; 6 -- швеллерный; 9 -- тавровый и некоторые виды сортового проката специального назначения -- 7 и 8 -- рельсовый; 10 -- шпунтовый; 11 -- полоса для башмаков гусениц тракторов; 12 -- полоса для ободьев колес автомобилей.

Трубы в зависимости от технологии их, производства делят на бесшовные сварные. К специальным видам проката относят весьма широкий ассортимент продукции: цельнокатаные колеса для вагонов, бандажи, оси, валы, шары, зубчатые колеса, сверла и многое другое.

Для прокатки, нагретые или холодные заготовки пропускают, между вращающимися валками прокатных станов.

рис.133

Существуют три основных вида прокатки: продольная (для сортовых и фасонных профилей), поперечная и поперечно-винтовая (для тел вращения).

При продольной прокатке (рис. 134) валки вращаются в разные стороны, деформируя заготовку, толщина (высота) h0 которой уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Важнейшей характеристикой при прокатке является обжатие. Абсолютное обжатие ?h=h0-h1; относительное обжатие е (%) вычисляют по формуле.

Относительное обжатие за один проход зависит от угла захвата а и составляет 10 -- 60 %.

Рис. 3

Путем простейших вычислений можно найти, что ?h = D(1-cosб), т. е. абсолютное обжатие увеличивается с увеличением диаметра валка D и угла б. Угол захвата б при прокатке в насеченных валках составляет 27 -- 34°, при прокатке сортового материала 22 -- 24°, при горячей прокатке листов 15 -- 22°, при холодной прокатке 3--8°.

Валки для прокатки отливают из отбеленного чугуна или выковывают из углеродистой или легированной стали. Их делают гладкими (применяют при прокатке листов), или калиброванными с ручьями (канавками) по окружности (для сортового и фасонного проката). Профиль, составленный смежными ручьями двух валков, называют калибром.

При поперечной прокатке (рис. 135, а) валки 1 вращаются в одном направлении и оси их параллельны, а заготовка 2 деформируется ими при вращении вокруг своей оси. Радиус заготовки_ за один цикл (полуоборота заготовки) уменьшается на величину радиального обжатия ?r

?r=r-r'.

Возникающие при этом напряжения в наружных слоях заготовки направлены тангенциально (ун), а в середине заготовки - радиально, от центра периферии (ус), что может привести к появлению отверстия с неровной поверхностью в центральной ее части. Поэтому, если получение отверстия нежелательно, прокатку ведут при небольших обжатиях, когда ус < ув.

Методом поперечной прокатки получают, например, зубчатые колеса и звездочки цепных передач на специальных станках с зубчатыми валками.

Поперечно-винтовая (косая) прокатка широко применяется при производстве бесшовных труб из сплошной заготовки (рис. 135, б). Валки 1 вращаются в одном направлении, а оси их расположены под некоторым углом, поэтому заготовка 2 при обработке не только вращается (хy), но также и перемещается вдоль своей оси(хx). Для получения правильной формы и гладкой поверхности отверстия трубы (гильзы) в зоне образования отверстия устанавливается оправка 3. Полученные на прошивном стане гильзы раскатываются на трубопрокатных станах. Метод поперечно-винтовой прокатки применяют также для производства шаров, осей и других изделий с использованием специально калиброванных валков. Сталь для горячей прокатки нагревают до температуры выше линии 68К (см. рис. 132); медь, алюминий и их сплавы также прокатывают в горячем состоянии. Из горячекатаной заготовки (лист толщиной 1,25 мм) холодной прокаткой получают тонкие изделия (до 0,1 мм и меньше), ленты для пружин, листы, фольгу и прочее.

Прокатные станы различают по назначению, количеству валков в клети, количеству клетей и схеме их расположения.

По назначению прокатные станы делятся на обжимные (блюминги и слябинги), заготовочные, сортовые, листовые и специальные. Вначале слиток прокатывают на обжимном стане, затем на заготовочном и, наконец, на сортовом, листовом или специальном.

По количеству валков и их расположению станы продольной прокатки делят на двух-, трех-четырех - и многовалковые, а также универсальные. Двухвалковые станы (рис. 136, а) бывают реверсивные (прокатка заготовок ведется в обе стороны) и нереверсивные

рис.135

(прокатка ведется в одну сторону, для повторных пропусков заготовка возвращается через верхний валок). Прокатка заготовок на трехвалковых станах (рис. 136, б) ведется в одну сторону между нижним и средним валками, в другую - между средним и верхним; направление вращения валков постоянное. В четырех - и шестивалковых станках (рис. 136, в, г) верхние и нижние валки являются опорными, они препятствуют прогибу средних рабочих валков; эта схема применяется для листовых станов.

В клетях с 12 (рис. 136, д) и 20 валками обеспечивается еще большая жесткость рабочих валков; в них производят холодную прокатку ленты толщиной до 0,001 мм.

Универсальные станы (рис. 136, е) имеют горизонтальные и вертикальные валки и обеспечивают обжатие четырех сторон.

Сортовые станы предназначены для прокатки сортовых и фасонных профилей. Калибровка валков сортовых станов производится с учетом наибольшего обжатия при каждом пропуске, чтобы количество пропусков было наименьшим. На рис. 137 приведена калибровка валков для прокатки тавровой балки. Калибры пронумерованы в порядке последовательности обжатия заготовки. В соответствии с размерами проката и диаметра валков сортовые станы делят на крупносортные (диаметр валков D= 500:750 мм), среднесортные (D= 350:500 мм) и мелкосортные (D= 250:350 мм). У сортовых станов не одна, а несколько рабочих клетей.

Рис.136

Созданы и внедрены в производство поперечно-винтовые станы для прокатки валов, гаечных ключей, вагонных осей, тарой, труб с высокими поперечными ребрами для теплообменной аппаратуры, зубчатых колес, винтов с большим шагом резьбы, червячных фрез, сверл и других изделий. Новые прогрессивные методы прокатки значительно экономят металл за счет уменьшения или устранения отходов в стружку при механической обработке и резко повышают производительность труда.

4. Сущность процесса контактной точечной сварки, виды точечной сварки, условие получения качественного соединения. Основные параметры режима сварки

Точечная сварка -- вид контактной сварки, при которой заготовки соединяются в отдельных точках, причем одновременно можно сваривать одну, две или несколько точек; их положение определяется расположением электродов точечной машины. При точечной сварке заготовки собирают внахлестку и зажимают с некоторым усилием С между двумя медными электродами, подводящими ток к месту сварки (рис. V.42).

Соприкасающиеся с медным электродом поверхности свариваемых заготовок нагреваются медленнее их внутренних слоев. Нагрев продолжают до пластического состояния внешних слоев1 образующего точку объема металла, и до расплавления внутренних слоев. Затем включают ток и снимают давление. В результате образуется литая сварная точка.

Точечная сварка в зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым заготовкам может быть двусторонней и односторонней.

При двусторонней сварке (рис. V.42, а) две или большее число заготовок 1 и 2 сжимают между электродами точечной машины. При односторонней сварке (рис. V.42, б) ток распределяется между верхним и нижним листами 3 и 4, причем нагрев осуществляется, частью тока, протекающего через нижний лист. Для увеличения тока, проходящего через нижний лист, предусмотрена медная подкладка 5. Односторонней сваркой можно соединять заготовки одновременно двумя точками.

Параметрами режима точечной сварки являются: усилие сжатия с в Н/м2, плотность тока / в А/мм2 и время протекания тока t в с.

На рис. V.43 показана одна из применяемых циклограмм точечной сварки. Весь цикл сварки состоит из четырех стадий: 1 -- сжатие свариваемых заготовок между электродами; 2 -- включение тока и разогрев места контакта до температуры плавления, сопровождающийся образованием литого ядра точки; 3 -- выключение тока и увеличение усилия сжатия для улучшения структуры сварной точки; 4 -- снятие усилия с электродов. Перед сваркой место соединения очищают от окисных пленок (наждачным кругом или травлением).

Точечную сварку выполняют на мягких и жестких режимах.

- Мягкие режимы характеризуются большей продолжительностью времени сварки, плавным нагревом, уменьшенной мощностью. На них сваривают углеродистые, низколегированные стали и стали, склонные к закалке. Основные параметры мягких режимов: плотность тока 80--160 А/мм2, усилие на электродах 15--40 МН/м2 и время протекания тока 0,5--3,0 с.

- Жесткие режимы характеризуются повышенной производительностью в связи с уменьшением времени сварки, увеличением усилия сжатия и концентрированным нагревом. Эти режимы применяют при сварке коррозионно-стойких сталей, так как при использовании для этого мягких режимов возможно выпадение карбидов хрома в околошовной зоне и вследствие этого потеря коррозионной стойкости, при сварке алюминиевых и медных сплавов вследствие их высокой теплопроводности и недопустимости перегрева околошовной зоны, при сварке ультратонкого металла толщиной до 0,1 мм.

Параметры жестких режимов: 120--360 А/мм2, усилие на электродах 4--150 МИ/м2 и время протекания тока 0,001--0,01'с.

Многоточечную сварку применяют в основном в массовом производстве, где требуется большое число сварных точек на каждой свариваемой заготовке.

Рельефная сварка -- способ точечной контактной сварки, при котором расположение точек определяется заранее подготовленными выступами в заготовке 2. При рельефной сварке (рис. V.46) заготовки 2 и 4 зажимают между плоскими электродами 5 и 1 (контактными плитами). Соединение происходит в точках 3 (определяемых выступами), которые получают штамповкой в одной из заготовок.

При включении тока верхний электрод сжимает заготовки и спрессовывает их до полного уничтожения выступов. Таким образом, за один ход машины выполняют столько сварных точек, сколько было отштамповано выступов. Этот способ высокопроизводителен. Электроды изнашиваются мало. Недостатком его является значительная потребляемая электрическая мощность.

Разновидностью рельефной сварки является Т-образная сварка, когда стержни торцами приваривают к листам (рис. V.47). Концу стержня придают сферическую форму. Т-образная сварка может быть выполнена на обычных сварочных контактных машинах в дополнительных приспособлениях.

5. Обработка заготовок на фрезерных станках. Оборудование, инструмент. Элементы режимов резания при фрезеровании. Основное время

Фрезерование - один из высокопроизводительных и распространенных методов обработки поверхностей заготовок многолезвийным режущим инструментом - фрезой.

Технологический метод формообразования поверхностей фрезерованием характеризуется главным вращательным движением инструмента и поступательным движением подачи. Подачей может быть и вращательное движение заготовки вокруг оси вращающегося стола или барабана.

На фрезерных станках обрабатывают горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости, фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля.

При вертикальном положении шпинделя применяются вертикально-фрезерные станки. При горизонтальном расположении шпинделя применяются горизонтально-фрезерные станки.

В зависимости от назначения и вида обрабатываемых поверхностей применятся при фрезеровании фрезы: цилиндрические, торцовые, дисковые, концевые, угловые, шпоночные, фасонные.

Фрезерование на горизонтально-фрезерном станке:

Фрезерование паза Фрезерование плоскости

дисковой фрезой: цилиндрической фрезой:

Фрезерование на вертикально-фрезерном станке:

Фрезерование паза Фрезерование уступа

концевой фрезой: торцовой фрезой:

К режиму резания при фрезеровании относят: скорость резания V, подачу s, глубину резания t, ширину фрезерования В.

Скорость резания, т.е. окружная скорость вращения фрезы:

V = рDn/1000 м/мин

где: D - диаметр фрезы, мм.;

n - частота вращения фрезы, об/мин.;

sм - минутная подача, мм/мин;

sz - подача на зуб, мм/зуб;

sо - подача за время оборота фрезы, мм/об;

sм = sоn = szZn,

где: Z - число зубьев фрезы.

Основное время:

То = , мин.,

где: ? - длина обрабатываемой поверхности;

?1 и ?2 - величины врезания и перебега инструмента;

i - число проходов.

Список литературы

Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. - М: Машиностроение, 1979.

Афонькин М.Г., Магницкая М.В. Производство заготовок в машиностроении. - Л.: Машиностроение, 1987. - 256с.

Гапонкин В.А., Лукошев Л.К., Суворова Т.Г. Обработка резанием, металлоре-жущий инструмент и станки. - М.: Машиностроение, 1990.

Полухин П.И. Технология металлов и сварка. - М.: Высшая школа, 1977.

Рыбаков В.М. Сварка и резка металлов. - М.: Высшая школа, 1979.

«Технология конструкционных материалов», учебник для вузов под ред. A.M. Дальского. - М.: Машиностроение, 1992.

«Технология металлов» под ред. Б.В. Кнорозова. - М: Металлургия, 1978.

Титов Н.Д., Степанов Ю.А. Технология литейного производства. - М.: Машиностроение, 1974. - 472с.

Чернов Н.Н. Металлорежущие станки. Учебник. - М.: Машиностроение, 1988.

1. Размещено на www.allbest.ru