ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования

Омский государственный институт сервиса

Кафедра естественнонаучных и инженерных дисциплин

С. Г. ИВАНОВ

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Учебное пособие

 

 

Омск 2007

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………….2

Общие требования, предъявляемые к конструкционным

материалам…………............................................................................3

1.1. Механические свойства……………………………………..….3

1.1.1. Нагрузки, деформации и разрушения………………………3

1.1.2. Методы механического испытания………………………......4

1.2. Физико-химические свойства………………………………..…9

1.3. Технологические свойства………………………………….......9

1.4. Эксплуатационные свойства………………………………….10

Вопросы для самопроверки

Металлы

2.2. Полиморфные превращения в железе………………………..12 2.3. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов………..13 2.3.1. Компоненты, фазы и структурные составляющие

ВВЕДЕНИЕ

Технология конструкционных материалов представляет собой совокупность современных знаний о способах производства материалов и изготовления изделий различного назначения. Её основные разделы: металлургия, литейное производство, обработка резанием и давлением, сварка и др. Она является частью материаловедения: – науки о связях между составом, строением и свойствами материалов, и их изменений при внешних физико-химических воздействиях.

Конструкционными называют материалы, применяемые для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений. Все материалы по химической основе делятся на две основные группы: металлические и неметаллические.

К металлическим материалам относятся металлы и их сплавы. В свою очередь металлические материалы делятся на черные и цветные. К черным относятся железо и сплавы на его основе – стали и чугуны. Все остальные металлы относятся к цветным. Чистые металлы обладают низкими механическими свойствами по сравнению со сплавами, и поэтому их применение ограничивается теми случаями, когда необходимо использовать их специальные свойства (например, магнитные или электрические).

Практическое значение различных металлов не одинаково. Наибольшее применение в технике приобрели черные металлы. На основе железа изготавливают более 90% всей металлопродукции. Однако цветные металлы обладают целым рядом ценных физико-химических свойств, которые делают их незаменимыми. Из цветных металлов наибольшее промышленное значение имеют алюминий, медь, магний, титан и др.

Кроме металлических материалов, в промышленности значительное место занимают различные неметаллические – пластмассы, стекло, древесные материалы, композиционные материалы, резина, лакокрасочные и вспомогательные материалы, керамика и др. Их производство и применение развивается в настоящее время опережающими темпами по сравнению с металлическими материалами. Но использование их в промышленности в качестве конструкционных материалов относительно невелико (около10%) и предсказание того, что неметаллические существенно потеснят металлические, не оправдались.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ

К КОНСТРУКЦИОННЫМ МАТЕРИАЛАМ

Конструкционными называют материалы, применяемые для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений.

Для правильного применения материала необходимо знать его механические, физико-химические, технологические и эксплуатационные свойства.

Механические свойства

 

Нагрузки, деформации и разрушения.

По характеру действия на тело различают три вида нагрузок: статические – действующие постоянно или медленно возрастающие; динамические – действующие… В зависимости от наличия пластичной деформации перед разрушением различают… Чтобы не допустить разрушения и образования остаточных деформаций, необходимо знать механические свойства материала. …

Методы механического испытания.

Статические испытания на растяжение. Для таких испытаний изготовляют круглые или плоские образцы (рис.1.1,а, б), форма и размеры которых установлены… Испытания проводят на специальных разрывных машинах, которые снабжены… На рис.1.2 показана типичная диаграмма растяжения в координатах: нагрузка F – удлинение Δl. Эта диаграмма может…

Технологические свойства.

К основным технологическим свойствам материала относят: – обрабатываемость, – свариваемость,

Эксплуатационные свойства.

К эксплуатационным свойствам относятся жаростойкость, жаропрочность, износостойкость, радиационная стойкость, коррозионная и химическая стойкость и др.

Жаростойкость характеризует способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

Жаропрочность – способность материала сохранять механические свойства при высокой температуре.

Износостойкость – способность материала сопротивляться разрушению его поверхностных слоёв при трении.

Радиационная стойкость – способность материала сопротивляться ядерному облучению.

 

Вопросы для самопроверки

1. Виды и свойства конструкционных материалов, применяемых в машиностроении.

2. Нагрузки, деформации и разрушения.

3. Механические свойства конструкционных материалов.

4. Статические испытания на растяжение.

5. Механические характеристики прочности.

6. Механические характеристики пластичности.

7. Определение твёрдости и ударной вязкости.

8. Физико-химические, технологические и эксплуатационные свойства конструкционных материалов.

МЕТАЛЛЫ

Металлические сплавы

Применение чистых металлов в промышленности крайне ограничено. Их использование не всегда экономически выгодно, часто они не отвечают требуемым… Сплавы в отличие от чистых металлов можно получить почти с любыми заданными… Сплавом называется материал, полученный сплавлением двух или более металлов. Металлический сплав получают сплавлением…

Полиморфные превращения в железе

Некоторые металлы в зависимости от температуры могут существовать в различных кристаллических формах. Различные формы одного вещества называются…  

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

Все железоуглеродистые сплавы делятся на два больших класса: стали (с содержанием углерода до 2,14%) и чугуны (с содержанием углерода более 2,14%).… Диаграмма состояния показывает строение сплава в зависимости от соотношения… Диаграмму состояния строят в координатах температура – концентрация углерода. Линии диаграммы разграничивают области…

Компоненты, фазы и структурные составляющие сплавов железа с углеродом.

Железо – пластичный металл серебристо-белого цвета. Твёрдость и прочность железа невысока (НВ80, σв = 250 МПа) при значительной пластичности… Углерод встречается в природе в виде алмаза и графита. Графит имеют сложную… Химическое соединение железа с углеродом (карбид железа) Fe3C носит название цементит. В нём содержится 6,67% углерода…

Диаграмма железо-цементит.

Линия ABCD диаграммы является линией ликвидус. На ней начинается кристаллизация: на участке АВ – феррита, ВС – аустенита и CD – первичного… Превращения в сталях. Главная роль в диаграмме состояния железоуглеродистых… В точке S, соответствующей содержанию углерода 0,8%, при температуре 727º С аустенит полностью распадается,…

Основные сведения о производстве чугуна.

Чугун – самый дешёвый машиностроительный материал, обладающий хорошими литейными свойствами. Является исходным продуктом для получения сталей.

Материалы для производства чугуна.

Сырьём для производства чугуна является железная руда. Это горная порода, содержащая железо в количестве, при котором её технически и экономически… В рудах кроме оксидов железа находится пустая порода - кремнезем, глина, сера,… Продуктом, необходимым при плавке чугуна, являются флюсы, главным образом известняк CaCO3. Они служат для…

Устройство доменной печи

Доменная печь – вертикальная печь шахтного типа. Внутри печь выложена огнеупорным кирпичом, сверху покрыта стальным кожухом. Высота современных… В шахте, распаре, заплечиках имеется система холодильников для охлаждения… Самой сложной частью является горн. В горне расположены фурмы 2 – устройства для вдувания в печь нагретого воздуха,…

Доменный процесс

Условно процесс, протекающий в доменной печи, можно разделить на следующие этапы: − восстановление железа из его оксидов; − превращение железа в чугун и

Классификация чугунов

Теоретически углерода в чугуне содержится от 2,14 до 6,67%. На практике содержание углерода в чугунах находится в пределах 2,5…4,5%. В качестве примесей чугун содержит кремний, марганец, серу и фосфор.

В зависимости от того, в какой форме углерод находится в чугунах, различают следующие их виды (рис.3.2).

Белый чугун. В этом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Структура белого чугуна соответствует диаграмме железо-цементит.

Серый чугун. В этом чугуне большая часть углерода находится в виде графита, включения которого имеют пластинчатую форму (рис.2.4 а)

Высокопрочный чугун в своём составе имеет графитные включения шаровидной формы (рис.3.2 б).

Ковкий чугун имеет графитные включения в форме хлопьев (рис.3.2 в).

Содержание углерода в виде цементита в сером, высокопрочном и ковком чугунах составляет не более 0,8%.

Белый чугун обладает высокой твёрдостью, хрупкостью и очень плохо обрабатывается. Поэтому для изготовления изделий он не используется и применяется как передельный чугун, т.е. идёт на производство стали. Для деталей с высокой износостойкостью используется чугун с отбеленной поверхностью, в котором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой – белого чугуна.

Машиностроительными чугунами, идущими на изготовление деталей, являются серый, высокопрочный и ковкий чугуны. Детали из них изготовляются литьём, так как чугуны имеют очень хорошие литейные свойства. Благодаря графитным включениям эти чугуны хорошо обрабатываются, имеют высокую износостойкость, гасят колебания и вибрации. Но графитные включения уменьшают прочность.

Таким образом, структура машиностроительных чугунов состоит из металлической основы и графитных включений.

По металлической основе они классифицируются на ферритный чугун (весь углерод содержится в виде графита), феррито-перлитный и перлитный (содержит 0,8% углерода в виде цементита). Характер металлической основы влияет на механические свойства чугунов: прочность и твёрдость выше у перлитных, а пластичность – у ферритных.

Серый чугун. Получают серый чугун путём первичной кристаллизации из жидкого сплава. На графитизацию (процесс выделения графита) влияет скорость охлаждения и химический состав чугуна. При быстром охлаждении графитизация не происходит и получается белый чугун. По мере уменьшения скорости охлаждения получаются соответственно перлитный, феррито-перлитный и ферритный чугуны. Способствуют графитизации углерод и кремний. Содержание кремния в чугуне 0,5…5%. Марганец и сера препятствуют графитизации, сера ухудшает механические и литейные свойства, Фосфор не влияет на графитизацию, но улучшает литейные свойства.

Механические свойства серого чугуна зависят от количества и размера графитных включений. Графитные включения можно считать нарушениями сплошности, ослабляющими металлическую основу. Так как пластинчатые включения наиболее сильно ослабляют металлическую основу, серый чугун имеет наиболее низкие характеристики как прочности, так и пластичности среди всех машиностроительных чугунов. Уменьшение размера графитных включений улучшает механические свойства. Измельчению графитных включений способствует кремний.

Маркируется серый чугун буквами СЧ и числом, показывающим предел прочности в десятках мегапаскалей. Так, чугун СЧ35 имеет σ_в=350 МПа. Имеются следующие марки серых чугунов СЧ10, СЧ15, СЧ20,…,СЧ45.

Высокопрочный чугун. Получают высокопрочный чугун добавкой в жидкий чугун небольшого количества щелочных или щелочноземельных металлов, которые округляют графитные включения в чугуне, что объясняется увеличением поверхностного натяжения графита. Чаще всего для этой цели применяют магний в количестве 0,03…0,07%. По содержанию других элементов высокопрочный чугун не отличается от серого. Шаровидные графитные включения в наименьшей степени ослабляют металлическую основу. Именно поэтому высокопрочный чугун имеет более высокую прочность и более пластичен, чем серый. При этом он сохраняет хорошие литейные свойства, обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации и т.д.

Маркируются высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрами, показывающими предел прочности в десятках мегапаскалей. Например, чугун ВЧ60 имеет σ_в = 600 МПа. Существуют следующие марки высокопрочных чугунов: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100.

Применяются высокопрочные чугуны для изготовления ответственных деталей – зубчатых колёс, валов и др.

Ковкий чугун. Его получают из белого чугуна путём графитизирующего отжига, который заключается в длительной (до 2 суток) выдержке при температуре 950…970ºС. Если после этого чугун охладить, то получается ковкий перлитный чугун, металлическая основа которого состоит из перлита и небольшого количества (до 20%) феррита. Такой чугун называется также светлосердечным. Если в области эвтектоидного превращения (720…760ºС) проводить очень медленное охлаждение или даже дать выдержку, то получиться ковкий ферритный чугун, металлическая основа которого состоит из феррита и очень небольшого количества перлита (до 10%). Этот чугун называют черносердечным, так как он содержит сравнительно много графита.

Маркируется ковкий чугун буквами КЧ и двумя числами, показывающими предел прочности в десятках мегапаскалей и относительное удлинение в %. Так, чугун КЧ45-7 имеет σ_в = 450 МПа и δ = 7%. Благодаря хлопьевидной форме графитных включений он также характеризуется более высокой прочностью и пластичностью, чем серый чугун. Ферритные ковкие чугуны (КЧ33-8, КЧ37-12) имеют более высокую пластичность, а перлитные (КЧ50-4, КЧ60-3) более высокую прочность.

Применяют ковкий чугун для изготовления деталей небольшого сечения, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.

 

Основные сведения о производстве стали

Сталь – важнейший материал, используемый в машиностроении. В отличие от чугуна она содержит меньше углерода и вредных примесей. Поэтому процесс… Конвертерный способ. В настоящее время применяют кислородную плавку,… Процесс выплавки стали в конвертере заключается в следующем: в начале происходит загрузка металлического лома (иногда…

Конструкционные стали общего назначения.

Повышение содержания углерода влияет также и на технологические свойства стали: ковкость, свариваемость и обрабатываемость резанием ухудшаются, а… Кроме железа и углерода в стали присутствуют постоянные примеси. Наличие… Марганец и кремний вводят в любую сталь для раскисления, т.е. для удаления вредных примесей оксида железа FeO.…

Термическая обработка

Термической обработкой (термообработкой) называют процесс теплового воздействия на металлы (нагрев и охлаждение) с целью изменения их структуры и… Температура нагрева при термообработке определяется по диаграмме… Термообработка включает в себя четыре основных вида: отжиг, закалка, отпуск и старение.

Химико-термическая обработка

При химико-термической обработке стальных деталей изменяется химический состав их поверхностных слоев, что позволяет получить после термообработки… Существует ряд способов такой обработки: – цементация – насыщение поверхностных слоев стали углеродом;

Цветные металлы и их сплавы

 

Широкое распространение в технике получили цветные металлы и их сплавы. По сравнению с чёрными металлами, цветные имеют ряд ценных свойств, но они значительно дороже. В связи с этим их применяют только в тех случаях, когда по условиям эксплуатации детали не могут быть изготовлены из чёрных металлов.

Наиболее широкое применение в машиностроении находят алюминий, медь, никель, титан, магний, свинец, олово и их сплавы.

Алюминий и его сплавы

Алюминий получают из руд, содержащих оксиды алюминия. Основной рудой являются бокситы, содержащие 40…80% глинозема (Al2O3). Производство алюминия… Маркируется алюминий буквой А и числом, зависящим от количества примесей.… – особой чистоты – А999 (99,999 % Al);

Титан и его сплавы.

 

Титан – серебристо-белый металл плотностью 4,5 г/см³, с температурой плавления 1670ºС. Характеризуется низкими электропроводностью и теплопроводностью.

Главное преимущество титана и его сплавов состоит в сочетании высоких механических свойств с коррозионной стойкостью в агрессивных средах (азотная, соляная и фтористая кислоты) и относительно низкой плотностью.

По технологическому признаку титановые сплавы классифицируются на деформируемые, литейные и порошковые. По свойствам титановые сплавы делятся на высокопластичные, сплавы нормальной прочностью, высокопрочные, жаропрочные, коррозионностойкие.

Область применения титановых сплавов очень велика: авиация, ракетная техника, химическое машиностроение, судостроение. В автомобильной отрасли титановые сплавы позволяют уменьшить массу автомобильных двигателей, увеличить частоту вращения и мощность.

 

Вопросы для самопроверки

1. Сплавы. Металлические сплавы, их строение и фазы.

2. Полиморфные превращения в железе.

3.

Неметаллические и композиционные материалы

 

Пластические массы

Главная особенность полимеров заключается в том, что они обладают рядом свойств, не присущих металлам, и могут служить хорошим дополнением к… Пластические массы среди полимерных материалов занимают первое место.… Высокопроизводительные методы изготовления деталей из пластмасс делают их экономически выгодными. Имеется широкая…

Термопластичные пластмассы.

Полиамиды (наиболее распространёнными в промышленности являются капрон, нейлон, лавсан и полиамид 610) относятся к числу важнейших конструкционных… Из них изготавливают подшипники скольжения, втулки, муфты, лопасти,… В швейных машинах, в частности, из капрона (полиамид) изготовлены: вкладыш механизма нижнего движения ткани НД-09,…

Термореактивные пластмассы

Термореактивные пластмассы отличаются от термопластичных повышенной теплостойкостью, практически полным отсутствием ползучести под нагрузкой при… Разнообразные пластмассы на основе фенолоальдегидных и фенолформальдегидных… К термореактивным пластмассам относятся фенопласты и слоистые пластики. Наполнителями в слоистых пластиках являются…

Резина

 

Резины получают из резиновых смесей, которые состоят из натурального или синтетического каучука, вулканизирующих веществ, ускорителей и активаторов вулканизации, наполнителей, пластификаторов, стабилизаторов.

В процессе вулканизации (процесс химического взаимодействия каучука с вулканизатором при высокой температуре) между макромолекулами каучука появляются поперечные связи, каучук превращается в резину, макромолекулы которой образуют пространственную сетку. В качестве вулканизатора каучука чаще всего используют серу, содержащую незначительное количество примесей. Серу вводят в количестве 2…3%. Большое значение имеет растворимость серы, которая зависит от температуры, степени её измельчения, количества в резиновой смеси и от типа каучука.

Для сокращения продолжительности вулканизации и повышения физико-механических свойств резины используют ускорители вулканизации. Ускорители повышают реакционную способность вулканизирующих веществ и влияют на характер поперечных связей между макромолекулами. Эффективность действия ускорителей усиливается в присутствии активаторов вулканизации. В качестве ускорителей вулканизации используют специальные химические соединения (тиазолы и др.), в качестве активаторов – оксиды двухвалентных металлов (цинк, магний, кальций, кадмий) и другие химические соединения.

Наполнителями резин являются высокодисперсные неорганические или органические вещества, содержание которых в смеси составляет 10…25%. Наполнители изменяют механические характеристики резины, придают ей некоторые специфические свойства, облегчают переработку и снижают стоимость резины. Наполнители, улучшающие механические характеристики резин, называют активными, а наполнители, не изменяющие свойств резин или ухудшающие их в ряде случаев, – инертными. Активными наполнителями являются сажа, синтетический диоксид кремния, силикаты металлов и др. Например, введение сажи может повысить прочность резины при растяжении в 10 раз. К инертным наполнителям относятся мел, каолин и др.

Введение пластификаторов (2…10%) в каучуки облегчает их переработку, повышает пластичность резиновых смесей, способствует уменьшению разогрева при смешении смеси. В качестве пластификаторов используют нефтяные масла, парафины, нефтеполимерные смолы, канифоль, сосновую смолу и др.

В качестве стабилизаторов используют главным образом антиоксиданты – специальные химические соединения, повышающие устойчивость смесей к окисляющему действию кислорода.

По назначению резины можно разделить на следующие основные группы:

– резины общего назначения, применяемые при температурах от -50 до +150ºС;

– теплостойкие резины, способные длительно эксплуатироваться при 150…200ºС;

– морозостойкие резины, пригодные для длительной эксплуатации при температурах ниже -50ºС;

– масло- и бензостойкие резины;

– резины стойкие к действию различных химических сред (кислоты, щелочи и др.);

– электропроводящие резины;

– диэлектрические резины, используемые главным образом для изоляции кабелей;

– радиационно-стойкие резины.

Кроме того, различают резины вакуумные, вибро-, водо-, огне-, светостойкие, оптически активные, фрикционные, медицинские, пищевые и др.

Отличительной особенностью резин является их способность к большим обратимым (высокоэластическим) деформациям. В широком диапазоне температур резины практически несжимаемы. Температура стеклования их лежит в интервале от -110 до -40º С. Резины обладают высокой усталостной прочностью, износостойкостью, низкой газо- и влагопроницаемостью.

Резинотехнические изделия широко используют в машиностроении:

– резиновые кольца круглого сечения и резиновые манжеты применяют для уплотнения подвижных и неподвижных соединений в гидравлических, пневматических, топливных и смазочных устройствах;

– резинометаллические манжеты – для уплотнения валов;

– амортизаторы – для уменьшения динамических нагрузок в различных машинах;

– резиновые прокладки – для герметичности в самых разнообразных соединениях;

– конвейерные ленты, рукава и трубки – для перемещения материалов;

– клиноременные и плоские ремни – для передачи вращения;

– резиновые втулки – для эластичного соединения узлов машин;

– различные профили, шнуры, трубки – для уплотнения окон и дверей транспортных средств и т.д.

 

Композиционные материалы

Общие представления о композиционных материалах.

В общем случае в КМ чётко выражено различие в свойствах компонентов. Основой КМ является сравнительно пластичный материал, называемый матрицей. В… Принципиальное значение замены металлов на КМ в том, что вместо ограниченного… У конструктора появляется возможность направленно создавать КМ под конкретную конструкцию в соответствии с…

Область применения КМ

Из них изготавливают воздуховоды, различные ёмкости, химически стойкие и прочные трубы, корпуса насосов, вентиляторов, детали различных машин и… Органопластики обладают низкой плотностью, высокой прочностью, жёсткостью,… Для углепластиков характерно сочетание ряда уникальных свойств: высокие значения жёсткости и прочности, относительно…

Лакокрасочные и склеивающие материалы

Лакокрасочные материалы

Лакокрасочные материалы разделяют на грунты, шпатлёвки, эмали, лаки, нитрокраски, масляные краски, эмульсионные краски. Основой лакокрасочных материалов являются природные и искусственные смолы. К… Пленкообразующие вещества создают защитную плёнку и являются связующими для пигментов и наполнителей. К ним относят…

Склеивающие материалы.

Животные (костяной казеиновый, столярный и др.) и растительные клеи (крахмал, декстрин, резиновый и др.) применяются для соединения дерева, кожи,… Этого недостатка лишены синтетические клеи, которые обеспечивают высокую… Для изготовления синтетических клеев используются термореактивные и термопластичные синтетические полимеры. Клеи на…

Технология обработки металлов

Основы литейного производства

Основные понятия о литейном производстве

Литейное производство представляет собой процесс получения разнообразных литых деталей в качестве заготовок или готовых изделий. Эти детали называются отливками.

Различными методами литья могут быть получены отливки от десятых долей грамма до сотен тонн и размерами от нескольких миллиметров до десятков метров с толщиной стенок от 0,5мм до нескольких сотен миллиметров. При этом отливки могут быть с очень сложной конфигурацией наружных поверхностей и внутренних полостей.

Процесс литейного производства включает изготовление моделей и стержневых ящиков, изготовление форм и стержней, плавку и доводку металла, сборку литейных форм и заполнение их металлом, выбивку, обрубку и очистку отливок, контроль качества отливок, исправление брака и окраску.

Литая заготовка получается путём заливки расплавленного металла во внутреннюю полость литейной формы, которая по конфигурации соответствует изготовляемой отливке.

Литейная форма заполняется металлом через каналы, называемые литниковой системой. Заполнение формы металлом может быть свободным – под действием силы тяжести металла, или принудительным – под действие центробежных сил, вакуума или внешнего давления.

Металл, заполнив внутреннюю полость формы, кристаллизуется в ней и образует литую заготовку. Наружные очертания отливки образуются стенками полости формы, а внутренние полости, отверстия, пустоты, каналы и сложные поверхности образуются с помощью вставок в литейные формы, называемыми стержнями.

Стержни устанавливаются внутрь формы в процессе её сборки перед заполнением металлом, а затем после его кристаллизации извлекают из отливки. Стержни и литейные формы могут быть разовыми, выдерживающими однократное заполнение металлом (их изготовляют на основе песчаных формовочных смесей), и многократными – постоянными, выдерживающими многократное заполнение металлом (их изготовляют из металла или огнеупорных материалов).

Отливки получают различными способами: литьём в песчаные формы, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, в металлические формы (кокили), литьём под давлением, центробежным литьём и др.

Область применения перечисленных способов получения литых заготовок и деталей определяется объёмом и характером производства, требованиями к отливкам по точности и шероховатости поверхности, технологическими особенностями и физико-химическими свойствами применяемых литейных сплавов и экономической целесообразностью применения того или иного способа.

Литое изделие может быть заготовкой, требующей механической обработки перед сборкой, или деталью, поступающей на сборку без предварительной механической обработки.

Изготовление форм и стержней в общей трудоёмкости производства литых изделий составляет 50…60%. В настоящее время доля литья, полученного с применением машинной формовки, составляет примерно 75%, на автоматических линиях – 10%, ручным способом, примерно, – 15%

В машиностроении около 50% всех деталей изготавливают литьём.

 

Литейные свойства сплавов

Получение качественных отливок определяется литейными свойствами сплавов. Наиболее важными литейными свойствами являются: жидкотекучесть, усадка,… Жидкотекучесть – это способность металлов и сплавов течь в расплавленном… Усадка – это свойство литейных сплавов уменьшать линейные размеры и объём при затвердевании и охлаждении. Она зависит…

Особенности изготовления отливок из различных

Сплавов

Серый чугун характеризуется высокой жидкотекучестью и малой усадкой (0,9…1,2%). Благодаря этому отливки из серого чугуна получаются качественными,… Высокопрочный чугун имеет такую же жидкотекучесть, как и серый чугун, но… Детали из ковкого чугуна получают путём отжига отливок из белого чугуна, Белый чугун обладает пониженной…

Основы обработка металлов давлением

Обработка давлением основана на способности металлов необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Она обеспечивает… Обработка давлением – прогрессивный, экономичный и высокопроизводительный… Обработке давлением подвергают ~90% всей выплавляемой стали, ~55% цветных металлов и сплавов.

Структуру металла

Обработка давлением применима только к сплавам, обладающим достаточной пластичностью, и неприменима к хрупким сплавам, например, к чугуну. Давлением… Обработку давлением можно производить как в холодном, так и в горячем…  

Нагрев металла при обработке давлением.

 

Нагрев заготовок производится с целью уменьшить сопротивление деформации. При горячей деформации сопротивление деформированию примерно в 10 раз меньше, чем при холодной. Это позволяет снизить стоимость изготовляемых деталей. Для каждого металла и сплава температура горячей обработки имеет свой верхний и нижний пределы, образующие область нагрева, называемую температурным интервалом обработки.

 

Прокатка

Окончательные размеры и форма поперечного сечения полученного прокаткой изделия определяются профилем отверстия между сжимающими металл валками.… Прокатку осуществляют на специальных машинах – прокатных станах, устройство… Продукцией прокатного производства являются как готовые изделия (например, балки, трубы, рельсы и др.), так и…

Волочение и прессование.

Если исходное сечение заготовки необходимо уменьшить значительно, то применяют волочение через ряд постепенно уменьшающихся отверстий. Такое… Оборудованием для волочения являются волочильные станки.  

Ковка.

 

Процесс деформирования металла ударами молота или давлением пресса называют ковкой. Ковка всегда осуществляется в горячем состоянии. Полученные ковкой изделия разнообразной формы и массы называют поковками. Заготовками для крупных поковок служат слитки, а для средних и малых – прокатные заготовки. При ковке металл свободно течёт в стороны, не ограниченные рабочими поверхностями инструмента. Заготовка помещается между нижним (неподвижным) и верхним (подвижным) бойками молота или пресса. Контактирующие с заготовкой поверхности бойков и подкладных инструментов определяют направление течения металла заготовки.

Оборудованием для ковки являются молоты, деформирующие металл ударами, и прессы, деформирующие металл статической нагрузкой (без удара).

По способу приведения в движение молоты бывают: приводные (механические), работающие от электродвигателя, пневматические и паровоздушные.

Штамповка.

Штамповкой называют способ изготовления изделия сложных очертаний давлением с помощью специального инструмента – штампа. Различают объёмную и листовую, горячую и холодную виды штамповки. При объёмной… Объёмная штамповка чаще бывает горячей, а листовая – холодной.

Сварка, резка и пайка

Сущность, назначение, область применения и виды сварки

В современной технологии машиностроения сварка, резка и пайка занимают одно из ведущих мест. Сваркой называют технологический процесс получения… Сварка имеет высокие технико-экономические показатели, повышает… Сваркой соединяют металлы, сплавы и неметаллические материалы, производят их наплавку на изделия и детали, а также при…

Основные виды сварки плавлением

Сварку можно производить постоянным и переменным токами. Для питания дуги постоянным током применяют электросварочные генераторы постоянного тока.… Ручная дуговая сварка. Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами,… Применяют различные виды соединений свариваемых частей. На рис.4.5 показаны наиболее распространённые сварные…

Основные виды сварки давлением

Контактная сварка. При контактной сварке металл нагревается проходящим через место сварки электрическим током. После достижения необходимой… Контактная электросварка легко поддаётся автоматизации и широко применяется в… При стыковой сварке соединение свариваемых металлических изделий происходит по всей поверхности их соприкосновения.…

Термическая резка и пайка металлов

Ручную дуговую электрическую резку применяют для грубой резки металлов, например при строительных работах. Она основана на расплавлении металла… Пайка металлов. Образование неразъёмного соединения изделий и деталей с… Нагрев производят нагретым паяльником, пламенем паяльной лампы, в нагревательной печи, погружением в расплавленный…

Обработка металлов резанием

Обработка металлов резанием предназначена для придания деталям заданных форм и размеров с необходимой точности, а также правильного взаимного… Применяют следующие виды обработки резанием: точение, сверление, фрезерование,… 4.4.1. Точение.

Сверление.

 

Большинство деталей машин и механизмов имеют круглые отверстия – неточные (крепёжные) и точные (посадочные). Отверстия бывают сквозными и глухими, цилиндрическими, коническими и резьбовыми. Особое место занимают глубокие отверстия, в которых длина в 10 раз и более превышают диаметр. Станки сверлильной группы предназначены для обработки всех типов круглых отверстий. Для получения отверстий до 50…80 мм используют спиральные свёрла, а для отверстий больших размеров – пустотелые кольцевые свёрла. Для обработки сквозных резьбовых отверстий применяют одиночные удлинённые метчики. Глухие резьбовые отверстия обрабатывают последовательно наборами из двух или трёх метчиков.

 

Фрезерование.

 

Фрезерование производят на фрезерных станках. Характер работ, производимых на них, весьма разнообразен. Чаще всего их используют для обработки плоскостей, пазов, канавок, а также для обработки линейных фасонных поверхностей. Инструментом при фрезеровании являются фрезы. Слово «фреза» в точном переводе с французского означает «земляника». Действительно, первые фрезы, имевшие подобно напильникам мелкие насечённые зубья и применявшиеся только для фасонных работ, напоминали своим внешним видом землянику.

Всё разнообразие типов фрез классифицируют по различным признакам: по назначению, форме зубьев и их направлению, конструкции, методу крепления и т.д.

По назначению фрезы разделяют на следующие типы: для обработки плоскостей, прорезные, пазовые, угловые, фасонные, зубонарезные, резьбовые и специальные.

 

Строгание и долбление.

Строгание горизонтальных, вертикальных и наклонных плоскостей производят на строгальных станках проходными или подрезными резцами с соответствующими… Процесс долбления по существу ничем не отличается от процесса строгания, но… Операция долбления малопроизводительна и поэтому применяется в основном в единичном и мелкосерийном производстве.…

Шлифование.

В процессе шлифования в качестве режущего инструмента используют абразивные инструменты, к которым относят шлифовальные круги, бруски, сегменты,… Связка служит для связывания шлифующих зёрен в монолит и удержания зёрен в… Шлифование производят на специальных шлифовальных станках.

Электрофизические и электрохимические способы обработки

Электрофизические способы.

К этим способам обработки металлов и сплавов относятся: электроэрозионный, ультразвуковой и лучевой. Электроэрозионная обработка токопроводящих металлов и сплавов основана на… Этот метод применяют для обработки отверстий любой формы в труднообрабатываемых материалах; при обработке штампов,…

Электрохимические способы.

 

К этим способам обработки металлов и сплавов, получившим в промышленности наибольшее применение, относят электрохимическую очистку от загрязнений, электрохимическое полирование, размерную обработку в проточном электролите, а также химико-механическую притирку, чистовую доводку, шлифование поверхности и другие операции.

 

Выбор материала

Правильный выбор материала для конкретного элемента конструкции является исключительно важной задачей. Он производится с учётом целого ряда… Приведенные требования накладывают определённые ограничения на выбор… 1. Использование более прочного материала. Это даёт возможность уменьшить размеры детали, т.е. снизить расход…