Назначение и сущность литейного производства.Стержневые смеси

Стержни, выполняющие различные полости в отливках, во время заливки расплава и формирования отливки находятся в более тяжелых условиях, чем форма, так как со всех сторон, кроме знаков, они окружены металлом, испытывая его тепловое и силовое воздействие. Кроме того, затруднен отвод из стержней газов, образующихся при выгорании связующих. По этим причинам к стержневым смесям предъявляются более высокие требования по прочности, податливости, газопроницаемости, огнеупорности, выбиваемости.
Стержневые смеси подразделяют на предназначенные для изготовления стержней, упрочняемых нагревом (смеси горячего отверждения), и не требующих тепловой обработки (холоднотвердеющие смеси).
Первую группу составляют смеси песчано-смоляные, на основе растительных масел и их заменителей (П, ПТ, КО, УСК), а также смеси на водных органических связующих (ЛСТ, декстрине). Две последние разновидности смесей широко используют в литейном производстве, сравнительно дешевы, обладают удовлетворительными свойствами (табл. 3.6). Однако изготовление стержней из этих смесей сопряжено с длительной тепловой обработкой (сушкой), что резко удлиняет технологический процесс, требующий значительных энергозатрат и производственных площадей.
Разработка и использование стержневых смесей, применение которых позволяет резко сократить длительность операции изготовления стержней, являются важным направлением совершенствования технологии литейного производства. Так, все большее распространение получают песчано-смоляные смеси, связующими в которых являются синтетические смолы, отверждающиеся при нагреве. Эти связующие способны затвердевать в результате полимеризации при 220—280 °С в течение короткого промежутка времени — от 2—3 мин до 40— 70 с в зависимости от состава и размеров стержня. Стержни изготовляются в нагретом металлическом стержневом ящике, приобретают до выема из него достаточную прочность и не деформируются при этой операции, что повышает размерную точность отливок.
Для приготовления смесей, упрочняемых в горячих ящиках, применяют ФФ-1Ф, КФ-90, ОФ-1 и другие синтетические смолы, а также обогащенные кварцевые пески 061К и 062К. Эти смеси являются дорогостоящими; их используют в условиях массового и крупносерийного производства.
Песчано-смоляные смеси, твердение которых осуществляется без нагрева за счет введения в них катализаторов, называют холоднотвердеющими смесями (ХТС). Их применение весьма перспективно, так как изготовленные из этих смесей стержни упрочняются непосредственно в стержневом ящике без воздействия теплоты. Применение ХТС позволяет значительно упростить технологический процесс и использовать не только металлическую, но и более дешевую деревянную или пластмассовую оснастку.
В качестве связующего в этих смесях используют карбамидно-фурановые, фенолофурановые и некоторые другие синтетические смолы, а в качестве катализаторов, ускоряющих процессы твердения, — неорганические и органические кислоты (например, бензосульфокислоту или ортофосфорную кислоту

Билет№5

1.Основные виды термообработки и их краткие характеристики.Шире других видов термической обработки применяют отжиг, нормализацию, закалку и отпуск стали. Закалка стали заключается в нагреве ее до температуры образования аустенита, выдержке при этой температуре и последующем быстром охлаждении. В зависимости от скорости охлаждения сталь получают в состоянии мартенсита, троостита или сорбита закалки.Отпуском называют термическую обработку, при которой закаленную сталь нагревают до температуры ниже критических точек Ас\ (723 °С), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают. При отпуске стали мартенсит закалки и остаточный аустенит распадаются, образуя более устойчивые структуры (троостит, сорбит). Цель отпуска — уменьшение внутренних напряжений, снижение твердости и хрупкости, повышение пластичности.

2.Упрощённая диаграмма состояния «Железо-углерод»,её анализ.

3.Сварные соединения и швы,их классификация.

Билет№6

1.Сущность,цели и виды прокатки,волочения ипрессования.

Рис. 3.1. Схемы основных видов обработки металлов давлением:

а) – прокатки, б) – прессования, в) – волочения, г) – ковки, д) – листовой штамповки (вытяжка), е) объёмной штамповки (в открытом штампе).

Способность металла к ПД зависит от многих факторов: температуры нагрева, химического состава, исходной структуры, скорости деформирования, схем главных напряжений и деформаций.

3.1.1 Напряжённое состояние деформируемого тела. Процесс ПД в металле связан с появлением нормальных и касательных напряжений. Нормальные напряжения соответствуют деформации растяжения или сжатия. Касательные деформации сдвига.

В зависимости от способа приложения внешних сил напряжённое состояние деформируемого тела может быть представлено 9 схемами главных напряжений: двумя линейными, тремя плоскими и четырьмя объёмными. На практике при ОМД реализуются лишь две схемы – О₁и О₂рис. 3.2, а.

Схемы деформаций могут быть различными. Основными из них являются Д₁, Д₂, Д₃(рис. 3.2, б). Примером Д₁может служить прокатка узкой полосы, Д₂– прокатка широкой полосы, Д₃– протягивание полосы через отверстие.

Рис. 3.2. Схемы главных напряжений (а) и главных деформаций (б).

Чем меньшую роль в схеме деформации играет растяжение, тем большую способность к пластической деформации проявляет металл. Если по трем осям будут действовать равные растягивающие напряжения, то пластическая деформация невозможна. Следовательно, наибольшую предельную деформацию можно получить, если растягивающие напряжения отсутствуют, а сжимающие достаточно велики.

3.1.2 Механизм пластической деформации.Сущностью ПД является сдвиг, в результате которого одна часть кристалла смещается по отношению к другой. Сдвиг происходит за счет движения дислокаций. Существуют две разновидности сдвига: скольжение и двойникование. Деформация скольжением представляет собой смещение атомов в тонких слоях монокристалла по плоскостям скольжения, на которых плотность атомов максимальна. Деформация двойникованием происходит в основном при ударных нагрузках. При этом часть кристалла перестраивается в положение семмитричное по отношению к не деформируемой части. Деформация за счет двойникования всегда меньше, чем скольжения.

Деформация монокристаллов состоит в том, что вдоль плоскости скольжения движутся друг за другом дислокации. Они могут выходить на поверхность кристалла, образуя линии и полосы скольжения. С ростом деформации скольжение распространяется на многие эквивалентные системы. При этом дислокации движутся в пересекающихся плоскостях, что тормозит их движение и металл упрочняется.

Деформация поликристалла начинается сразу по нескольким плоскостям скольжения. Пока общая ПД мала (1%) – зерна расположены произвольно и деформация неоднородна. С ростом деформации – зерна вытягиваются. При ПД свыше 40% - образуется волокнистая структура и проявляется преимущественная кристаллографическая ориентировка, которая называется текстурой деформации. Текстуры деформации служат причиной анизотропии механических и физических свойств наклепанного металла.

3.1.3 Влияние нагрева на процессы при ПД металла. Прихолодной пластической деформации (ХПД)происходит физическое упрочнение металла – наклеп. С увеличением деформации прочностные свойства растут, а пластичность уменьшается. Наиболее интенсивно металл упрочняется при деформации до 40%. При деформации 80-90% металл теряет свою пластичность и разрушается в результате высоких внутренних напряжений. Кроме того, с ростом деформации возрастает удельная электросопротивление, понижается магнитная проницаемость, повышается склонность к коррозии. Наклеп поверхностного слоя повышает сопротивление усталости. В результате интенсивного течения металла зерна вытягиваются и образуется текстура деформации. Упрочнение и структура зерна металла, полученные при ХПД, являются неустойчивыми и могут быть изменены с помощью нагрева (термической обработки).

Нагрев чистых металлов до температуры Т=(0,2-0,3)Т_плсопровождается возвратом, при котором изменений в микроструктуре металла не наблюдается, происходит только уменьшение дефектов кристаллического строения.

При нагреве деформированного металла до температур Т≥ (0,3-0,8)Т_плустраняются не только внутренние напряжения и упрочнение, но и восстанавливается структура металла. Происходит образование и рост новых равноосных зёрен. Такой процесс называется рекристаллизацией. Деформированные металлы могут рекристаллизоваться лишь после критической степени деформации (ε = 2-8% дляAl,Cu,Fe). Эффект рекристаллизации не зависит от последовательности её проведения (после или одновременного с деформацией).

В реальных условиях деформация производится в широком интервале температур. При этом одновременно с разупрочнением протекают процессы упрочнения. В зависимости от их соотношения различают холодную пластическую деформацию (ХПД), сопровождаемую наклёпом; неполную ХПД, при которой протекает процесс возврата без следов рекристаллизации, неполную горячую пластическую деформацию (ГПД), сопровождающуюся возвратом и частично рекристаллизацией; ГПД, при которой протекают все процессы разупрочнения и рекристаллизация.

При ГПД пластичность металлов значительно выше, чем при ХПД. Следовательно, энергетические затраты на ГПД значительно ниже. При ГДП стальных слитков неметаллические включения (S,Pи др.) ориентируются в направлении течения металла. Несмотря на протекание рекристаллизации, неметаллические включения сохраняют ориентированную (вытянутую) форму, придавая стали волокнистое строение. Последующая обработка, в том числе и термическая, не устранит волокнистое строение. С помощью обработки давлением можно лишь менять направление волокон. Полученное волокнистое строение вызывает анизотропию механических свойств (δ, ψ, а_н).

Вопросы для самоконтроля

1. На каких законах основаны процессы пластического деформирования при ОМД?

2. Какими факторами определяется способность металла к пластической деформации?

3. Какие схемы напряжений и деформаций реализуются при ОМД?

4. В чём различие деформации скольжением от деформации двойникования?

5. При какой степени деформации образуется текстура деформации?

6. Какой процесс протекает при холодной пластической деформации?

7. Какой процесс протекает при горячей пластической деформации?

2.Сварочная дуга,её виды,строение и температура.

Сварочной дугой называют мощный, длительно существующий электрический разряд между находящимися под напряжением электродами в смеси газов и паров. Дуга характеризуется высокой температурой и большой плотностью тока. Сварочная дуга как потребитель энергии и источник питания дуги (сварочный трансформатор, генератор или выпрямитель) образует взаимно связанную энергетическую систему. Различают два режима работы этой системы: 1) статический, когда величины напряжения и тока в системе в течение достаточно длительного времени не изменяются; 2) переходной (динамический), когда величины напряжения и тока в системе непрерывно изменяются. Однако во всех случаях режим горения сварочной дуги определяется током (I_Д), напряжением (U_Д), величиной промежутка между электродами (так называемым дуговым промежутком) и связью между ними.

В дуговом промежутке I_Д (рис. 1, а) различают три области: анодную 1, катодную 2 и столб дуги 3. Падение напряжения в анодной и катодной областях постоянно для данных условий сварки. Падение напряжения в единице длины столба дуги — также величина постоянная. Поэтому зависимость напряжения дуги от ее длины имеет линейный характер (рис. 1, б).

Устойчивость сварочной дуги определяется соотношением между током и напряжением. Графическое изображение этой зависимости (рис. 2) при постоянной длине дуги называется статической вольт-амперной характеристикой дуги. На графике отчетливо видны три основных участка: увеличение тока на участке I сопровождается понижением напряжения на дуге; на участке II напряжение на дуге изменяется мало; на участке III напряжение возрастает. Режимы горения сварочной дуги, соответствующие первому участку, неустойчивы при напряжениях существующих источников питания. Практически сварочная дуга будет устойчивой на втором и третьем участках вольт-амперной характеристики. С увеличением или уменьшением длины дуги характеристики сместятся соответственно в положение 2 и 3 (см. рис. 2). Для электродов меньшего диаметра характеристики смещаются влево, большего диаметра — вправо.

Рис. 1. Сварочная дуга, горящая между неплавящимися электродами:

а — схема дуги, б — зависимость напряжения дуги (Уд) от величины дугового промежутка (/д): 1 — анодная область, 2 — катодная область, 3 — столб дуги

Рис.2 Вольт-амперная характеристика дуги (ВАХ)

Показанная на рис. 2 вольт-амперная характеристика дуги снята при постоянной длине сварочной дуги. При сварке плавящимся электродом непрерывно меняется длина дугового промежутка. В этих случаях следует пользоваться характеристиками, определяющими зависимость между напряжением и током дуги при постоянной скорости подачи электродной проволоки (рис. 3, кривые 1 и 2). Каждой скорости подачи соответствует определенный диапазон токов, при котором устойчиво горит сварочная дуга и плавится электрод. В этом случае при малых изменениях тока напряжение изменяется в больших пределах. Эту зависимость принято называть характеристикой устойчивой работы. Она так же, как и вольт-амперная характеристика, зависит от длины вылета электрода и скорости подачи.

Эти закономерности справедливы для постоянного и переменного тока, так как род тока не влияет на форму вольт-амперных характеристик электрической дуги. На форму характеристики влияют геометрия и материал электродов, условия охлаждения столба дуги и характер среды, в которой происходит разряд.

Устойчивость сварочной дуги и режима сварки зависят от условий существования дугового разряда и свойств, параметров источников питания и электрической цепи. Внешней характеристикой источника питания (кривая 3 на рис. 3) называется зависимость напряжения на его зажимах от тока нагрузки. Различаются следующие внешние характеристики источников питания (рис. 4): падающая 1, полого-падающая 6, жесткая 5, возрастающая 3 и вертикальная 2. Источник питания с той или иной внешней характеристикой выбирается в зависимости от способа сварки. Регулировочное устройство каждого источника дает ряд внешних характеристик («семейство характеристик»). Установившийся режим работы системы: «сварочная дуга — источник питания» определяется точкой пересечения А внешней характеристики источника питания (1, 2, 3, 5 или 6) и вольт-амперной характеристики 7 сварочной дуги.

Рис.3 Вольт-амперная характеристика сварочной дуги (ВАХ) 1,2 при постоянной скорости подачи проволоки (характеристика устойчивой работы) и внешние характеристики источников питания 3, 4 и 5

Рис.4 Внешние характеристики источников питания 1, 2, 3, 5, 6 и вольт-амперные характеристики сварочной дуги 4, 7

Процесс сварки будет устойчив, если в течение длительного времени дуговой разряд существует непрерывно при заданных значениях напряжения и тока. Как видно из рис. 4, в точках А и В пересечения внешних характеристик дуги 7 и источника питания будет иметь место равновесие по току и напряжению. Если по какой-либо причине ток в сварочной дуге, соответствующий точке А, уменьшится, напряжение ее окажется меньше установившейся величины напряжения источника питания; это приведет к увеличению тока, т. е. к возврату в точку А. Наоборот, при случайном увеличении тока установившиеся напряжения источника питания оказываются меньше напряжения дуги; это приведет к уменьшению тока и, следовательно, к восстановлению режима горения сварочной дуги. Из аналогичных рассуждений ясно, что в точке Б сварочная дуга горит неустойчиво. Всякие случайные изменения тока развиваются до тех пор, пока он не достигнет величины, соответствующей точке устойчивого равновесия А или до обрыва дуги. При пологопадающей внешней характеристике (кривая 6) устойчивое горение дуги будет также происходить в точке А.

При работе на падающем участке вольт-амперной характеристики дуги внешняя характеристика источника в рабочей точке должна быть более крутопадающей, чем статическая характеристика сварочной дуги. При возрастающих характеристиках дуги внешние характеристики источника могут быть жесткими 5 или даже возрастающими 3.

При ручной сварке, когда возможны изменения длины дуги, она должна обладать достаточным запасом устойчивости.

При прочих равных условиях запас устойчивости возрастает с ростом крутизны внешней характеристики источника питания. Поэтому для ручной сварки применяют источники с крутопадающими характеристиками: сварщик может удлинить дугу, не опасаясь, что она оборвется, или укоротить ее, не боясь чрезмерного увеличения тока.

Саморегулирование сварочной дуги. При автоматической или полуавтоматической сварке плавящимся электродом скорость подачи его (va) равна скорости плавления. При случайном уменьшении дугового промежутка (кривая 4 на рис. 4) ток увеличивается и проволока начнет плавиться быстрее. В итоге дуговой промежуток постепенно увеличится и сварочная дуга достигнет первоначальной длины. То же произойдет при случайном удлинении дуги. Это явление называется саморегулированием сварочной дуги, так как восстановление исходного режима происходит без воздействия какого-либо регулятора. Саморегулирование происходит тем активнее, чем положе внешняя характеристика источника питания и больше скорость подачи электрода. Поэтому для механизированной сварки плавящимся электродом следует выбирать источники питания с пологопадающими внешними характеристиками. При сварке на постоянном токе в защитных газах, когда статическая характеристика сварочной дуги приобретает возрастающую форму, для систем саморегулирования рационально применять источники с жесткой характеристикой. Однако их напряжение холостого хода невелико и может быть даже меньше рабочего напряжения дуги, что затрудняет ее первоначальное возбуждение. В этих случаях желательно применение источников питания, у которых внешняя характеристика в рабочей части жесткая или пологовозрастающая вольт-амперная характеристика, а напряжение холостого хода несколько повышенное, как это показано пунктиром на рис. 4.

Сварочная дуга переменного тока требует от источников питания надежного повторного возбуждения сварочной дуги. Это достигается правильным выбором соотношений между напряжениями холостого хода, зажигания и горения дуги и параметрами сварочной цепи. Наиболее простой способ получения устойчивой сварочной дуги — включение в сварочную цепь реактивного сопротивления. Благодаря этому, в момент повторного возбуждения дуги напряжение на дуге может резко увеличиться (рис. 5) до значения напряжения зажигания (U3). Пунктирная кривая t/xx изображает напряжение источника питания при холостом ходе. При нагрузке, в связи с наличием реактивного сопротивления, сварочный ток отстает по времени от напряжения.

При обрыве дуги напряжение на дуговом промежутке должно подняться до величины, соответствующей мгновенному значению напряжения холостого хода источника питания. Благодаря отставанию тока от напряжения, такое напряжение оказывается достаточным для повторного возбуждения сварочной дуги (Un).

Перенос металла в сварочной дуге и требования к динамическим свойствам источников питания. Различают следующие виды переноса металла электрода в сварочную ванну: крупнокапельный, характерный для малых плотностей тока; мелкокапельный, струйный, когда металл стекает с электрода очень мелкими каплями. Капли расплавленного металла периодически замыкают дуговой промежуток, либо если не происходят короткие замыкания, периодически изменяют длину дуги. При большой плотности тока в электроде наблюдается мелкокапельный перенос металла, без заметных колебаний длины и напряжения сварочной дуги.

Напряжение, ток и длина дуги претерпевают периодические изменения от холостого хода к короткому замыканию; в рабочем режиме происходит горение дуги, образование и рост капли. В дальнейшем при коротком замыкании между каплей и ванной ток резко увеличивается. Это приводит к сжатию капли и к разрушению мостика между каплей и электродом. Напряжение почти мгновенно возрастает и сварочная дуга снова возбуждается, т. е. процесс периодически повторяется. Смена режимов происходит в течение долей секунды. Поэтому источник питания должен обладать высокими динамическими свойствами, т. е. большой скоростью повышения напряжения при разрыве цепи и нужной скоростью нарастания тока.

Рис. 5 Осциллограмма тока и напряжения дуги при сварке переменным током.

При малой скорости нарастания тока в ванну поступает нерасплавленная проволока. Она сравнительно медленно разогревается па большом участке, которым затем разрушается. Если ток возрастает слишком быстро, мостик между ванной и каплей электродного металла быстро перегревается и разрушается со взрывом. Часть расплавленного металла разбрызгивается и не попадает в шов.

Чтобы избежать разбрызгивания, необходимо повысить электромагнитную инерцию источника питания путем увеличения индуктивности сварочной цепи.

3.Назначение и классификация токарных станков. 1. Токарные (специализированные, одношпиндельные, многошпиндельные, револьверные, карусельные)
1. Назначение и классификация токарных станков

Назначение токарных станков

Токарная обработка (точение) - один из самых распространенных видов обработки металлов резанием, осуществляемый на станках токарной группы. Станки токарной группы предназначаются для обработки тел вращения.

На этих станках преимущественно обрабатываются детали трех классов(рис.1):

1. валы,

2. диски,

3. втулки .

Рисунок 1 – Представители типовых деталей, обрабатываемых на станках токарной группы: а – класс валов, б – класс дисков, в – класс втулок.

К классу валов(рис.1, а) относятся:

• валы,
• валики,
• оси,
• пальцы,
• цапфы т.п.

У деталей этого класса длина L их значительно больше диаметра D. К классу дисков(рис. 1, б) относятся: диски,

• заготовки зубчатых колес и шкивов,
• маховики,
• кольца и т.п.

У таких деталей длина (толщина) L значительно меньше диаметра D.

Рисунок 2 – Виды работ, выполняемых на токарных станках

К классу втулок(рис. 1, в) относятся:

• втулки,
• вкладыши,
• гильзы,
• буксы и т.п.

Кроме перечисленных деталей на станках токарной группы могут обрабатываться и другие детали, имеющие форму тел вращения. К ним в первую очередь следует отнести корпусные детали.

Характерными операциями, производимыми на этих станка, являются(рис. 2.):

1. продольное точение цилиндрических гладких и ступенчатых поверхностей (рис 2, а);

2. точение наружных конических поверхностей (рис 2, б);

3. обработка торцов и уступов (рис 2, в);

4. прорезание канавок и отрезка (рис 2, г);

5. растачивание отверстий (цилиндрических и конических) (рис 2, д);

6. сверление, зенкерование и развертывание отверстий (рис 2, е);

7. нарезание наружной и внутренней резьбы резцом (рис 2, ж);

8. нарезание резьбы метчиком и плашкой (рис 2, з);

9. фасонное обтачивание (рис 2, и);

10. вихревое нарезание резьбы (рис 2, к);

11. накатывание рифленых поверхностей (рис 2, л).