Технологические процессы в машиностроении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание 1

По эскизу детали разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями, приведите эскизы модели, стержневого ящика и собранной литейной формы (в разрезе и с пояснениями). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки. Изложите сущность способа литья в оболочковых формах и приведите поясняющие эскизы. Укажите достоинства, недостатки и области применения этого способа литья.

В ходе выполнения задания был разработан эскиз отливки.

1. Изготовление нижней полуформы. Нижнюю половину модели, не имеющую центрирующих шипов, ставят плоскостью разъёма на подмодельную доску и устанавливают опоку. Поверхность модели и доски посыпают разделительным составом для уменьшения прилипания смеси к оснастке (сухой кварцевый песок, порошок талька или графита). На модель наносят слой облицовочной смеси толщиной 20 - 30 мм, уплотняют её руками вокруг всей модели. Затем заполняют остальной объём опоки наполнительной смесью и уплотняют её трамбовкой, сначала у стенок опоки, а затем в средней части. Излишек смеси срезают линейкой. В формовочной смеси на расстоянии 40 - 50 мм друг от друга и на 10 - 15 мм от модели душником накалывают отверстия для выхода газов. Заформованную опоку покрывают второй подмодельной доской и переворачивают на 180о.

2. Изготовление верхней полуформы. На нижнюю половину модели по центрирующим шипам устанавливают верхнюю половину модели, модели шлакоуловителя, стояка и выпоров. Поверхность разъёма формы посыпают тонким слоем сухого кварцевого песка, для того чтобы формовочная смесь в верхней опоке не прилипала к смеси в нижней опоке. Верхнюю опоку устанавливают по центрирующим штырям на нижнюю. Наполняют её формовочными смесями так же, как и нижнюю. После уплотнения смеси вокруг стояка гладилкой прорезают литниковую чашу.

3. Извлечение моделей. Модели стояка и выпоров раскачивают и удаляют из верхней полуформы. Верхнюю опоку снимают и поворачивают на 180о разъёмом вверх. В плоскости разъёма нижней полуформы гладилкой прорезают питатели. Из полуформ после лёгкого раскачивания удаляют половины моделей и модель шлакоуловителя. Устраняют возможные дефекты формы, возникшие при извлечении моделей, обдувают обе полуформы сухим сжатым воздухом для удаления возможного засора. Поверхность полуформ припыливают молотым древесным углём или графитом.

4. Сборка литейной формы. В нижнюю полуформу, если требуется, устанавливают стержень и накрывают её верхней полуформой. Полуформы фиксируют штырями или скобами и на верхнюю полуформу устанавливают груз, для предотвращения ухода жидкого металла через разъём формы во время заливки. Производится заливка металла в форму до тех пор пока он, поднимаясь снизу, не заполнит до верха выпоры.

1 - литниковая чаша; 2 - стояк; 3 - шлакоуловитель; 4 - питатели; 5 - фильтр из специальной стеклоткани

Эскизы стержневых ящиков: а - для вертикального стержня; б - для горизонтального стержня

Задание 2

Прокатный стан - это совокупность привода, шестеренной клети, одной или нескольких рабочих клетей. Прокатные станы классифицируют по трем основным признакам: по числу и расположению валков; по числу и расположению рабочих клетей; по их назначению.

Прокатка металла осуществляется при прохождении его между валками, вращающимися в разных направлениях. При прокатке металл обжимается, в результате чего толщина полосы уменьшается, а ее длина и ширина увеличиваются. Разность между исходной h0. и конечной h1, толщинами полосы называют абсолютным обжатием:

?h= h0 - h1

Прокаткой называют процесс пластического деформирования тел между вращающимися приводными валками. В этом определении следует обратить внимание на слова «приводными валками». Они означают, что энергия для осуществления деформации передается через валки, соединенные с двигателем прокатного стана. Деформируемое тело можно протягивать через неприводные (холостые) валки, но это будет не процесс прокатки, а процесс волочения.

На рисунке слева представлена простейшая и основная схема процесса прокатки, где 1- валки, 2 - полоса. Обрабатываемое тело, в общем случае называемое полосой, пропускается между вращающимися навстречу друг другу валками. Полоса втягивается в валки под действием сил трения на контакте. При прохождении между валками толщина полосы уменьшается, а длина и ширина увеличиваются.

Прокатка относится к числу основных способов обработки металлов давлением. Методом прокатки получают изделия самой разнообразной формы: тонкие и толстые листы, профили квадратного и круглого сечений, уголки, швеллеры, двутавровые балки, рельсы, трубы и многие другие. При прокатке изделий типа листов применяют валки, рабочая часть (бочка) которых имеет форму круглого цилиндра без каких-либо вырезов и выступов.

Прокатку в гладких валках часто называют прокаткой «на гладкой бочке» (смотри рисунок справа). При производстве более сложных (сортовых) профилей применяют калиброванные валки, и деформация полосы происходит в калибрах. Как и другие способы обработки давлением, прокатка бывает горячей и холодной. Горячая прокатка распространена шире, чем холодная. Нагретый металл в области высоких температур обладает пониженным сопротивлением деформации и повышенной пластичностью. Холодную прокатку применяют для получения относительно тонких изделий с высококачественной поверхностью, например тонких листов или тонкостенных труб. Иногда находит применение обработка в области промежуточных температур - так называемая теплая прокатка. Следует отметить, что прокатка не только служит для получения изделий определенной формы, но и в значительной степени способствует повышению механических свойств металла.

Классификация процессов прокатки

Процессы прокатки многообразны. Их можно классифицировать по различным признакам. Сначала рассмотрим классификацию по взаимному расположению осей обрабатываемого тела и валков. По этому признаку различают прокатку продольную, поперечную и косую (винтовую). Если ось прокатываемой полосы перпендикулярна оси валков, то прокатку называют продольной. При таком способе прокатки полоса перемещается только вперед, т.е. совершает только поступательное движение. Продольная прокатка является наиболее распространенной.

При поперечной прокатке ось обрабатываемого тела 3 параллельна оси валков 1. Оба валка вращаются в одну и ту же сторону. Они постепенно сближаются, в результате чего уменьшается диаметр изделия, которое также вращается, но в сторону, противоположную вращению валков. В продольном направлении обрабатываемое тело не перемещается (если нет специальных тянущих устройств). Боковые ролики 2 выполняют вспомогательную функцию: они удерживают изделия между валками.

Поперечную прокатку, используют в металлургии и машиностроении для производства валов, осей, втулок, шестерен и других изделий типа тел вращения. Косая прокатка, называемая также винтовой, занимает промежуточное положение между поперечной и продольной.

технологический процесс машиностроение

В этом случае оси валков располагаются под углом друг к другу и к оси прокатываемой круглой заготовки. Благодаря такому расположению валков 1 заготовка 4 в процессе прокатки совершает не только вращательное, но и поступательное движение. Точки на поверхности заготовки движутся по винтовой линии. Поскольку угол наклона валков по отношению к оси обрабатываемого тела обычно невелик (до 12-18°), косая прокатка по своему характеру ближе к поперечной, чем к продольной. Процесс косой прокатки широко применяют при производстве бесшовных труб, в частности на прошивных станах, где из сплошной круглой заготовки получают черновую трубу 5 -- гильзу. Процесс косой прокатки на прошивном стане схематично показан на рисунке справа. Для образования в заготовке отверстия правильной формы между валками 1 устанавливается оправка 2, закрепленная на стержне. Линейки 3 служат для удержания заготовки в валках.

Сортамент проката

Сортамент -- совокупность прокатных профилей, отличающихся по форме и размерам.

Профиль -- форма поперечного сечения прокатного изделия.

Ш листовой (лист, полоса (рулон), штрипс):

· горячекатаные тонкие (толщина до 4 мм);

· горячекатаные толстые (толщина свыше 4 мм);

· холоднокатаные.

Профнастил -- это стеновой или кровельный материал для наружных ограждений, стен и крыш.

Ш сортовой:

· простой (круг, квадрат, шестигранник, полоса плоского сечения);

· арматура -- это изделие из металла, применяемое для армирования железобетонных конструкций;

Ш фасонный:

· общего (массового) потребления (угловой профиль, швеллеры, двутавровые балки и другие);

· специального назначения (рельсы железнодорожные широкой и узкой колеи, рельсы трамвайные, профили с/х машиностроения, судостроения, нефтяной и электропромышленности).

По размеру профиля сортовой прокат делится на:

o крупный -- круглая сталь диаметром 80-250 мм, квадратная сталь со стороной 70-200 мм, периодические арматурные профили № 70-80, угловая сталь с шириной полок 90-250 мм, швеллеры и двутавровые балки обычные и облегченные высотой 360--600 мм, специальные широкополочные двутавры и колонные профили высотой до 1000 мм, шестигранная сталь до № 100, рельсы железнодорожные длины 1 м с массой 43-75 кг, полосовая сталь шириной до 250 мм и др.;

o средний -- круглые диаметра 32-75 мм, квадратные со стороной 32-65 мм и шестигранные до № 70, стальной периодический арматурный профиль № 32-60, двутавровые балки высотой до 300 мм, швеллеры высотой от 100--300 мм, рельсы узкой колеи Р18-Р24, штрипсы сечением до 8Ч145 мм, разнообразные фасонные профили отраслевого назначения и др;

o мелкий -- круглая сталь диаметром 10-30 мм, квадратная сталь со стороной 8-10 мм, периодический арматурный профиль № 6-28, угловая сталь с шириной полок 20-50 мм, швеллеры № 5-8, полосовая сталь шириной до 60 мм, шестигранная сталь до № 30 и разнообразные фасонные профили отраслевого назначения эквивалентных размеров.

Принципиальная схема и описание устройства прокатного стана

Главная линия прокатного стана состоит из следующих основных узлов: рабочей клети 1, шпинделей 2, шестеренной клети 3, коренной муфты 4, редуктора 5, моторной стеренной клети 3, коренной муфты 4, редуктора 5, моторной муфты 6, электродвигателя 7. В рабочей клети осуществляется прокатка металла. Она состоит из двух станин 1, предназначенных для установки в них валков 2 и для восприятия усилия прокатки, передаваемого через опоры шеек. Станины в верхней части соединяются траверсой 3. Прокатные валки 2 укреплены в подушках с подшипниками качения 5. Механизм 4 для установки верхнего валка расположен в верхней части станин.

Прокатные валки обжимают металл и придают ему требуемую форму. Прокатный валок состоит из бочки 3 (гладкой или с ручьями 4), шеек 2, расположенных с обеих сторон бочки и опирающихся на подшипник валка, трефов 1, предназначенных для соединения валка со шпинделем. Валки изготовляют из чугуна и стали. Мягкие чугунные валки применяют при черновой горячей прокатке стали. На блюмингах, слябингах, обжимных клетях сортовых станов и на станах холодной прокатки листов применяют литые или кованые стальные валки. Кованые валки несколько прочнее литых, но дороже в 1,5. ..2 раза, поэтому их применяют реже. Для листовых станов применяют валки из легированной стали (хромоникелевой и хромомолибденовой).

Для прокатных станов применяют двигатели постоянно или переменного тока (асинхронные и синхронные). Так как частота вращения быстроходных двигателей обычно не соответствует частоте вращения валков в прокатных клетях, между двигателями и клетями устанавливают редукторы. В прокатим клетях вращающий момент двигателя необходимо распредели между несколькими валками. Для этого применяют шестеренные клети. Крутящий момент от двигателя к валкам передается при помощи шпинделей и муфт.

Задание 3

Сущность газовой сварки. Сущность процесса газовой сварки заключается в том, что свариваемый и присадочный металлы расплавляются за счёт тепла пламени горелки, получающегося при сгорании какого-нибудь горючего газа в смеси с кислородом. Наиболее распространённым газом является ацетилен. В процессе сварки металл соприкасается с газами пламени, вне пламени - с окружающей средой, обычно с воздухом. В результате металл подвергается изменениям, характер которых зависит от свойств металла, способа и режима сварки. Наибольшим изменениям подвергается металл, расплавляющийся в процессе сварки. При этом изменяется содержание примесей и легирующих добавок в металле. Одновременно может происходить обогащение его кислородом, в некоторых случаях и водородом, азотом, углеродом. Одним из наиболее распространенных процессов, происходящих при взаимодействии пламени с металлом, является окисление.

При сварке сталей в металле сварочной ванны образуется закись железа, которая реагирует с кремнием и марганцем внутри сварочной ванны; вредные примеси выводятся в шлак либо удаляются в виде газов. Для предотвращения окисления кромок металла и извлечения из жидкого металла окислов и неметаллических включений применяются флюсы. Расплавленные флюсы в основном нерастворимы в металле и образуют на поверхности металла пленку шлака. Шлак предохраняет металл от воздействия газов пламени и атмосферных газов.

В процессе газовой сварки, кроме расплавления металла сварочной ванны, происходит нагрев основного и свариваемого металла до достаточно высоких температур, приближающихся к температуре плавления на границе раздела со сварочной ванной. Поэтому при сварке одновременно происходит ряд сложных процессов, связанных с расплавлением металла, его взаимодействием с газами и шлаками, последующей кристаллизацией, а также с нагревом и охлаждением металла в твёрдом состоянии, как в пределах шва, так и в основном металле и в зоне термического влияния. Расплавленный металл сварочной ванны представляет сплав основного и присадочного металлов. В результате взаимодействия газов пламени и флюсов он изменяет свой состав. По мере удаления пламени горелки металл кристаллизируется в остывающей части ванны. Закристаллизовавшийся металл сварочной ванны образует металл шва. Шов имеет структуру литого металла с вытянутыми укрупненными кристаллами, направленными к центру шва. Наиболее применение в промышленности из множеств видов газопламенной обработки имеет сварка, пайка и кислородная резка.

Различают два основных способа газовой сварки: левый и правый.

Различаются они по способу перемещения, для сварки различных толщин металлов, а такжеположения в пространстве деталей.

При левом способе сварки сварщик перемещает горелку справа налево, а пруток перемещает перед пламенем. Для лучшего прогрева металла и расплавления сварочной ванны горелку и прутокперемещают зигзагообразно поперек шва. Левый способ применяйте при сварке тонколистовогои легкоплавкого металла. Очень удобно при сноровке варить тоненькие красивые швы при быстром перемещении горелки.

Правым способом сварки ведется при перемещении горелки слева направо без колебаний, т.е. прямолинейно. Пламя направляется на расплавленную ванну и передвигается впереди прутка. Теплота пламени используется лучше. Металл шва остывает медленнее. Намного лучше видно, как заполняется ванна расплавленным металлом.

Правый способ применяйте при сварке деталей толщиной свыше 5 мм и при сварке металловс большой теплопроводностью (медь, латунь).

Правая сварка экономичнее и производительностью на 20--25% выше левой, расход газа на 15--20% меньше, горелку удобней передвигать с большей скоростью.

Правый способ рекомендуется применять при сварке металла до 5 мм и при сварке деталей с большойтеплопроводностью. Пи сварке деталей толщиной до 3 мм более предпочтителен левый способ,а также хорошо видно направление сварки.

Правый способ не требует большой квалификации от сварщика в отличии от левого способа.

Для начала нужно хорошо овладеть правым способом, потому уже приступать к левой сварке. Частенько варить приходится в не очень удобных местах (отопление, кузова машин и т. п.) поэтому каждый сварщик должен владеть обоими способами сварки.

Реакция получения ацетилена и реакция его горения. В лаборатории ацетилен получают действием воды на карбид кальция (Ф. Вёлер, 1862 г.),

CaC2+ 2 Н2О = С2Н2^ + Са(ОН)2

а также при дегидрировании двух молекул метана при температуре свыше 1400 °C:

2СН4 = С2Н2^ +3Н2^

Сварочное ацетилено-кислородное пламя

Строение, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл зависят от соотношения кислорода и ацетилена в горючей смеси. Горение ацетилена может быть представлено следующей реакцией, протекающей в две стадии:

С2Н2 + 2,5О2 = 2СО2 + Н2ОпаР

В первой стадии в горелку подают один объем ацетилена и один объем кислорода

(С2Н2 + О2 = 2СО + Н2).

Во второй стадии за счет кислорода окружающего воздуха протекает реакция

2СО + Н2 + 1,5О2 = 2СО2 + Н2О

В зависимости от соотношения кислорода и ацетилена в исходной горючей смеси различают три вида кислородно-ацетиленового пламени:

- нейтральное, или нормальное восстановительное, пламя при соотношении

О2:С2Н2 = 1:1,2;

таким пламенем сваривают большинство металлов и сплавов;

- науглероживающее пламя при соотношении

О2:С2Н2<1

т. е. при избытке ацетилена. Ядро пламени при этом удлиняется по сравнению с ядром нормального пламени; пламя теряет резкие очертания. Такое пламя применяют при сварке чугуна и наплавке быстрорежущих сталей и твердых сплавов;

- окислительное пламяпри соотношении

О2:С2Н2>1,2

т. е. при избытке кислорода. Пламя при этом приобретает голубоватый оттенок, размеры ядра пламени уменьшаются; применяют при сварке латуней.

На рисунке показана схема строения нормального сварочного пламени, образующегося при горении ацетилена. Пламя состоит из трех зон: ядра 1,восстановительной зоны 2 и окислительной зоны 3. Ядро пламени имеет вид усеченного конуса с округленным концом.

Схема строения нормального ацетилено-кислородного пламени и график распределения температуры по его длине

Эта часть пламени состоит из смеси кислорода и раскаленных продуктов разложения ацетилена и кислорода (самая яркая часть пламени).

В восстановительной зоне происходит выделение тепла в основном за счет окисления раскаленных частиц углерода в окись углерода. Наивысшая температура в этой зоне (до 3150°С) создается на расстоянии 3-5 мм от конца ядра пламени; эта зона имеет характерное синеватое свечение.

Находящиеся в восстановительной зоне продукты горения ацетилена СО и Н2нагревают и расплавляют металл; они также могут восстанавливать окислы, в том числе образующиеся при сварке окислы железа.

В окислительной зоне при избытке кислорода воздуха СО догорает в СО2 и Н2 в Н2ОпаР. Эта часть пламени имеет желтоватую окраску с красным оттенком. Газообразные продукты этой зоны обладают окислительной способностью. Однако они препятствуют контакту расплавленного металла с воздухом.

Задание 4

При обработке поверхностей 1, 2, 3 детали, чертеж которой приведен в задании 1, необходимо учитывать геометрические параметры, а также выдержать точность размеров данной детали. Плоские поверхности обрабатываются фрезой на фрезерном станке. Отверстия прогоняются развертками соответствующими классу точноси заданного чертежом. Для обработки внутреннего шпоночного паза используют протяжку, при этом процесс начинается с фиксации заготовки в специальный патрон, который вмонтирован в протяжной станок.

Задание 5

Технология производства деталей из термореактивных пресс-материалов

а) прессы

Реактопласты (термореактивные пластмассы) -- в начальном состоянии имеют линейную структуру макромолекул, а при некоторой температуре отверждения приобретают сетчатую. После отверждения не могут переходить в вязкотекучее состояние. Рабочие температуры выше, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств.

Основным оборудованием при изготовлении деталей из реактопластов являются вертикальные гидравлические прессы с номинальным усилием до нескольких тысяч килоньютонов. При работе с термореактивными пресс-материалами целесообразно применять два рабочих давления: низкое (например, 0,8 МПа) для создания усилий формования и высокое (например, 2 МПа) для создания усилий при выдержке пресс-материала в пресс-форме с целью его полимеризации. При этом необходимы два насоса на различные давления.

В некоторых случаях целесообразно в прессовых цехах устанавливать гидравлический аккумулятор, когда по технологическому процессу требуются большие скорость движения и рабочий ход пресса.

Из прессового оборудования наибольшего внимания заслуживают ротационные и однопозиционные пресс-автоматы, работающие на гранулированном, порошкообразном или таблетированном материале. Основным видом оборудования для прессования, вероятно, останутся прессы колонного типа, прессы рамного типа, быстроходные гидравлические прессы с индивидуальным приводом и автоматизированным управлением.

Прессование - важнейший метод формования изделий из термореактивных материалов. Иногда он применяется и для изготовления изделий из термопластов. Сущность метода состоит в переводе твердого в исходных условиях пресс-материала в вязкотекучее состояние и дальнейшем формовании изделия из расплава под действием тепла и давления. При этом в результате химической реакции отверждения, протекающей при повышенной температуре, происходит образование изделия, которое, как правило, обладает устойчивостью формы при температуре прессования и не требует охлаждения перед извлечением из оснастки.

Под прессованием обычно подразумевается прямое (или компрессионное) прессование, когда загрузка материала, его формование в изделие и отверждение осуществляется непосредственно в оформляющей полости пресс-формы Компрессионное прессование - один из первых и наиболее распространенных методов получения заготовок простой формы в виде втулок, пласти, стержней, из которых после термической обработки изготавливают изделия в большинстве случаев механической обработкой на металлорежущих станках. Сущность метода компрессионного прессования заключается в получении из рыхлого порошка фторопласта -4 таблетки-заготовки в результате более плотной упаковки частиц порошка под воздействием прилагаемого к нему давления. После получения таблетки-заготовки она переходит на участок термообработке, где и происходит сплавливание отдельных частиц фторопластового порошка в сплошной монолит.

Размещено на Allbest.ru