 |
Литьё по выплавляемой модели
|
|
|
|
Содержание
| Введение | |
| 1 Литейное производство | |
| 1.1 Виды литья | |
| 1.1.1 Литьё в песчаные формы | |
| 1.1.2 Литьё в кокиль | |
| 1.1.3 Литьё под давлением | |
| 1.1.4 Литье по выплавляемым моделям | |
| 1.1.5 Литьё по газифицируемым (выжигаемым) моделям | |
| 1.1.6 Центробежное литье и центробежный метод литья | |
| 1.1.7 Литьё в оболочковые формы | |
| 2 Обработка металлов давлением | |
| 2.1 Объемная и листовая штамповка | |
| 2.1.1 Объемная штамповка | |
| 2.1.2 Листовая штамповка | |
| 2.2 Оборудование. Основные стадии и операции при штамповке | |
| 3 Пайка и склеивание | |
| 3.1 Виды пайки | |
| 3.2 Классификация флюсов, припоев. Инструмент для проведения процесса соединения металлов | |
| 3.3 Склеивание | |
| 4 Сварка. Сущность процесса | |
| 4.1 Разновидности сварки | |
| 5 Точение | |
| 5.1 Сущность токарной обработки. Основные виды токарных работ | |
| 5.2 Элементы режима резания и срезаемого слоя | |
| 5.3 Образование стружки и сопровождающие его явления | |
| 5.4 Смазочно-охлаждающие вещества, их влияние на процесс резания | |
| 5.5 Оборудование, применяемое при токарной обработке | |
| 5.5.1 Правила эксплуатации токарных станков | |
| 5.5.2 Автоматизация и механизация токарной обработки | |
| 6 Сверление, рассверливание, зенкерование, развертывание | |
| 6.1 Осевые инструменты | |
| 6.2 Работы, выполняемые на сверлильных станках | |
| 6.3 Сверлильные станки | |
| 6.4 Элементы режима резания и срезаемого слоя | |
| 7 Фрезерная обработка | |
| 7.1 Фрезы и их конструктивные особенности | |
| 7.2 Фрезерные станки и работа на них | |
| 7.3 Режимы резания при фрезеровании | |
| Литература | |
|
|
|
Введение
Предлагаемое учебное пособие состоит из семи глав, в которых рассматриваются основные процессы резания различными типами режущих инструментов.
Развитие народного хозяйства страны в значительной мере определяется ростом объема производства металлов, расширением сортамента изделий из металлов и сплавов и повышением их качественных показателей, что в значительной мере зависит от условий пластической обработки. Знание закономерностей обработки металлов помогает выбирать наиболее оптимальные режимы технологических процессов, требуемое основное и вспомогательное оборудование и технически грамотно его эксплуатировать.
Металлы наряду со способностью деформироваться обладают также высокой прочностью и вязкостью, хорошими тепло- и электропроводностью. При сплавлении металлов в зависимости от свойств составляющих компонентов создаются материалы с высокой жаростойкостью и кислотоупорностью, магнитными и другими полезными свойствами.
Металлургическое производство подразделяется на две основные стадии. В первой получают металл заданного химического состава из исходных материалов. Во второй стадии металлу в пластическом состоянии придают ту или иную необходимую форму при практически неизменном химическом составе обрабатываемого материала.
Способность металлов принимать значительную пластическую деформацию в горячем и холодном состоянии широко используется в технике. При этом изменение формы тела осуществляется преимущественно с помощью давящего на металл инструмента. Поэтому полученное изделие таким способом называют обработкой металлов давлением или пластической обработкой.
Сварку и пайку, как виды получения неразъемных соединений, широко применяют в различных отраслях техники. За последние годы разработаны и освоены новые и специальные виды и методы сварки и пайки, которые внесли коренные изменения в технологию изготовления машин, механизмов, приборов и сооружений.
|
|
|
Достигнуты большие успехи в совершенствовании и внедрении в промышленность широко известных, прогрессивных видов дуговой, электрошлаковой и контактной сварки, низкотемпературной и высокотемпературной пайки с флюсами, в защитном газе и вакууме. Совершенствуется сварка и пайка углеродистых, легированных и нержавеющих сталей, цветных и тугоплавких металлов, жаропрочных сплавов и неметаллических материалов.
Расширяется применение высокопрочных сталей, жаропрочных сплавов на основе никеля и хрома, титановых и алюминиевых сплавов, монокристаллов, волокнистых композитных и неметаллических материалов на основе карбидов, боридов, силицидов и др. Большинство из этих материалов при сварке обычными, традиционными видами сварки нагреваясь, окисляется, реагируя при этом со многими компонентами газов и флюсов, в результате чего снижается их прочность. Новые и специальные виды сварки, а также пайки не имеют указанных выше недостатков, так как зона нагрева незначительна вследствие высокой концентрации энергия и малой длительности процессов (например, действие электронного луча, светового излучения, взрыва) или нагрев отсутствует (например, холодная сварка). Применение новых и специальных видов сварки и пайки дает большой экономический эффект.
Обработка материалов резанием – наиболее широко используемая технология в производстве машин. Ее характерными особенностями являются универсальность, легкость приспособления для обработки конкретных поверхностей в различных типах производства, возможность автоматизации процесса и оперативного вмешательства в ход обработки.
1. 1 Е.Э. Фельдштейн. Обработка материалов и инструмент. Минск Новое знание, 2009 -317 с.
2. 2 Р.М. Гоцеридзе. Процессы формообразования и инструмент. М.: Академия, 2010 -432 с.
3. В.А.Кузнецов, А.А Черепахин. Технологические процессы в машиностроении. М.: Академия, 2009- 192 с.
4. Армарего И.Дж.А., Браун Р.Х. Обработка металлов резанием. Пер. с англ. В.А. Пастунова - М.: Машиностроение, 2003.
5. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. – М.: Машиностроение. 2002
6. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 2003
|
|
|
Литейное производство
Литейное производство — отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных деталей и заготовок путём заливки расплавленного металла в форму, полость которой имеет конфигурацию требуемой детали.
Способ получения изделий путём литья их из металла известен более пяти тысяч лет. Первыми отливками были несложные предметы домашнего обихода и украшения, отливаемые из меди и бронзы: котлы, рукомойники, серьги, кресты, кольца и т. д.
В процессе литья, при охлаждении металл в форме затвердевает и получается отливка — готовая деталь или заготовка, которая при необходимости (повышение точности размеров и снижения шероховатости поверхности) подвергается последующей механической обработке. В связи с этим перед литейным производством стоит задача получения отливок, размеры и форма которых максимально приближена к размерам и форме готовой детали. В машинах и промышленном оборудовании от 50%-ти до 95%-ти всех деталей изготовляют литьём.
Изготовление литых изделий осуществляется из литейных сплавов, к которым относятся:
Чугуны — серый литейный, ковкий и высокопрочный.
Медные сплавы — латуни и бронзы.
Алюминиевые сплавы.
Стали — углеродистые и легированные.
Магниевые сплавы.
В настоящее время примерно 75 % литья осуществляется из серого литейного чугуна, 20% — из стали, 3 % — из ковкого чугуна и 2 % из цветных сплавов.
Литьё — технологический процесс изготовления заготовок (реже — готовых деталей), заключающийся в заполнении предварительно изготовленной литейной формы жидким материалом (металлом, сплавом, пластмассой и т.п.) с последующим его затвердеванием.
Виды литья
Известно множество разновидностей литья: в песчаные формы (ручная или машинная формовка), в многократные (цементные, графитовые, асбестовые формы), в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, по замораживаемым ртутным моделям, центробежное литье, в кокиль, литьё под давлением, по газифицируемым моделям, по выжигаемым моделям, вакуумное литьё, электрошлаковое литьё, литьё с утеплением.
|
|
|
Так как разновидности литья различаются одновременно по многим разнородным признакам, то возможны и комбинированные варианты, например, электрошлаковое литьё в кокиль.
Литьё в песчаные формы
Литьё в песчаные формы — дешёвый, самый грубый, но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья. Вначале изготовляется литейная модель (ранее — деревянная, в настоящее время часто используются пластиковые модели, полученные методами быстрого прототипирования), копирующая будущую деталь. Модель засыпается песком или формовочной смесью (обычно песок и связующее вещество), заполняющей пространство между ею и двумя открытыми ящиками (опоками). Отверстия в детали образуются с помощью размещённых в форме литейных песчаных стержней, копирующих форму будущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или же затвердевает в термическом шкафу (сушильной печи). Образовавшиеся полости заливаются расплавом металла через специальные отверстия — литники. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После чего отделяют литниковую систему (обычно это обрубка), удаляют облой и проводят термообработку.
Новым направлением технологии литья в песчаные формы является применение вакуумируемых форм из сухого песка, без связующего. Для получения отливки данным методом могут применяться различные формовочные материалы, например песчано-глинистая смесь или песок в смеси со смолой и т.д. Для формирования формы используют опоку (металлический короб без дна и крышки). Опока имеет две полуформы, то есть состоит из двух коробов. Плоскость соприкосновения двух полуформ — поверхность разъёма. В полуформу засыпают формовочную смесь и утрамбовывают её. На поверхности разъёма делают отпечаток промодели (промодель соответствует форме отливки). Также выполняют вторую полуформу. Соединяют две полуформы по поверхности разъёма и производят заливку металла.
Литьё в кокиль
Литьё металлов в кокиль — более качественный способ. Изготавливается кокиль — разборная форма (чаще всего металлическая), в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали.
Литьё в кокиль, кокильное литьё, способ получения фасонных отливок в металлических формах — кокилях. В отличие от других способов литья в металлические формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при литье в кокиль заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия на жидкий металл, а лишь под действием силы тяжести. Основные операции и процессы: очистка кокиля от старой облицовки, прогрев его до 200—300°С, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, простановка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление полученной отливки. Процесс кристаллизации сплава при литье в кокиль ускоряется, что способствует получению отливок с плотным и мелкозернистым строением, а следовательно, с хорошей герметичностью и высокими физико-механическими свойствами. Однако отливки из чугуна из-за образующихся на поверхности карбидов требуют последующего отжига. При многократном использовании кокиль коробится и размеры отливок в направлениях, перпендикулярных плоскости разъёма, увеличиваются.
|
|
|
В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и др. сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до 10000 раз (с простановкой металлических стержней). До 45 % всех отливок из этих сплавов получают в кокилях. При литье в кокиль расширяется диапазон скоростей охлаждения сплавов и образования различных структур. Сталь имеет относительно высокую температуру плавления, стойкость кокилей при получении стальных отливок резко снижается, большинство поверхностей образуют стержни, поэтому метод кокильного литья для стали находит меньшее применение, чем для цветных сплавов. Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве.
Литьё под давлением
Литье под давлением (ЛПД) занимает одно из ведущих мест в литейном производстве. Производство отливок из алюминиевых сплавов в различных странах составляет 30—50 % общего выпуска (по массе) продукции ЛПД. Следующую по количеству и разнообразию номенклатуры группу отливок представляют отливки из цинковых сплавов. Магниевые сплавы для литья под давлением применяют реже, что объясняется их склонностью к образованию горячих трещин и более сложными технологическими условиями изготовления отливок. Получение отливок из медных сплавов ограничено низкой стойкостью пресс-форм.
Номенклатура выпускаемых отечественной промышленностью отливок очень разнообразна. Этим способом изготавливают литые заготовки самой различной конфигурации массой от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов.
Выделяются следующие положительные стороны процесса ЛПД:
- высокая производительность и автоматизация производства, наряду с низкой трудоёмкостью на изготовление одной отливки, делает процесс ЛПД наиболее оптимальным в условия массового и крупносерийного производств;
- минимальные припуски на механообработку, минимальная шероховатость необрабатываемых поверхностей и точность размеров, позволяющая добиваться допусков до ±0,075 мм на сторону;
- чёткость получаемого рельефа, позволяющая получать отливки с минимальной толщиной стенки до 0,6 мм, а также литые резьбовые профили;
- чистота поверхности на необрабатываемых поверхностях, позволяет придать отливке товарный эстетический вид.
Однако, выделяют следующие негативное влияние особенностей ЛПД, приводящие к потере герметичности отливок и невозможности их дальнейшей термообработки:
- воздушная пористость, причиной образования которой являются воздух и газы от выгорающей смазки, захваченные потоком металла при заполнении формы. Что вызвано неоптимальными режимами заполнения, а также низкой газопроницаемостью формы;
- усадочные пороки, проявляющиеся из-за высокой теплопроводности форм наряду с затрудненными условиями питания в процессе затвердевания;
- неметаллические и газовые включения, появляющиеся из-за нетщательной очистки сплава в раздаточной печи, а также выделяющиеся из твёрдого раствора.
Задавшись целью получения отливки заданной конфигурации, необходимо чётко определить её назначение: будут ли к ней предъявляться высокие требования по прочности, герметичности или же её использование ограничится декоративной областью. От правильного сочетания технологических режимов ЛПД, зависит качество изделий, а также затраты на их производство. Соблюдение условий технологичности литых деталей, подразумевает такое их конструктивное оформление, которое, не снижая основных требований к конструкции, способствует получению заданных физико-механических свойств, размерной точности и шероховатости поверхности при минимальной трудоёмкости изготовления и ограниченном использовании дефицитных материалов. Всегда необходимо учитывать, что качество отливок, получаемых ЛПД, зависит от большого числа переменных технологических факторов, связь между которыми установить чрезвычайно сложно из-за быстроты заполнения формы.
Основные параметры, влияющие на процесс заполнения и формирования отливки, следующие:
- давление на металл во время заполнения и подпрессовки;
- скорость прессования;
- конструкция литниково - вентиляционной системы;
- температура заливаемого сплава и формы;
- режимы смазки и вакуумирования.
Сочетанием и варьированием этих основных параметров, добиваются снижения негативных влияний особенностей процесса ЛПД. Исторически выделяются следующие традиционные конструкторско-технологические решения по снижению брака:
- регулирование температуры заливаемого сплава и формы;
- повышение давление на металл во время заполнения и подпрессовки;
- рафинирование и очистка сплава;
- вакуумирование;
- конструирование литниково - вентиляционной системы;
Также, существует ряд нетрадиционных решений, направленных на устранение негативного влияние особенностей ЛПД:
- заполнение формы и камеры активными газами;
- использование двойного хода запирающего механизма;
- использование двойного поршня особой конструкции;
- установка заменяемой диафрагмы;
- проточка для отвода воздуха в камере прессования;
Литьё по выплавляемой модели
Ещё один способ литья металлов — по выплавляемой модели — применяется в случаях изготовления деталей высокой точности (например лопатки турбин и т. п.) Из легкоплавкого материала: парафин, стеарин и др., (в простейшем случае — из воска) изготавливается точная модель изделия и литниковая система. Наиболее широкое применение нашёл модельный состав П50С50 состоящий из 50 % стеарина и 50 % парафина, для крупногабаритных изделий применяются солевые составы менее склонные к короблению. Затем модель окунается в жидкую суспензию на основе связующего и огнеупорного наполнителя. В качестве связующего применяют гидролизованный этилсиликат марок ЭТС 32 и ЭТС 40, гидролиз ведут в растворе кислоты, воды и растворителя (спирт, ацетон). В настоящее время в ЛВМ нашли применения кремнезоли не нуждающиеся в гидролизе в цеховых условиях и являющиеся экологически безопасными. В качестве огнеупорного наполнителя применяют: электрокорунд, дистенсилиманит, кварц и т. д. На модельный блок (модель и ЛПС) наносят суспензию и производят обсыпку, так наносят от 6 до 10 слоёв. С каждым последующим слоем фракция зерна обсыпки меняются для формирования плотной поверхности оболочковой формы. Сушка каждого слоя занимает не менее получаса, для ускорения процесса используют специальные сушильные шкафы, в которые закачивается аммиачный газ. Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде, в модельном составе, выжиганием, паром высокого давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре примерно 1000°С, для удаления из оболочковой формы веществ, способных к газообразованию. После чего оболочки поступают на заливку. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000°С,. Нагретый блок устанавливают в печь, и разогретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате или на воздухе. Когда блок полностью охладится, его отправляют на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше производится отбивка керамики, далее отрезка ЛПС. Таким образом, получаем отливку.
В силу большого расхода металла и дороговизны процесса ЛВМ применяют только для ответственных деталей.
Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на следующем основном принципе:
- копия или модель конечного изделия изготавливаются из легкоплавкого материала;
- эта модель окружается керамической массой, которая затвердевает и образует форму;
- при последующем нагревании (прокалке) формы модель отливки расплавляется и удаляется.
- Затем в оставшуюся, на месте удалённого воска, полость заливается металл, который точно воспроизводит исходную модель отливки.
|
|
|
