Применение порошковых сплавов в сельскохозяйственном машиностроении и ремонтном производстве

С целью повышения срока службы быстроизнашивающихся деталей сельскохозяйственных машин применяют наплавку твердых сплавов.

Современные твердые сплавы в зависимости от способа изготовления подразделяют на литые и порошкообразные (зернообразные).

К литым твердым сплавам относятся стеллиты В2К, В3К, В3К-ЦЭ, стелитоподобные сплавы сормайт № 1 и сормайт № 2, порошковые электроды и ленты.

Стеллиты и стеллитоподобные сплавы представляют собой твердый раствор карбида хрома в кобальте, никеле и железе. Основой твердого раствора стеллитов является кобальт, а стеллитоподобных сплавов – никель или железо. Данные сплавы выпускают в виде литых прутков и применяют в качестве присадочного металла при наплавке деталей машин, работающих в условиях сухого, полусухого и жидкостного трения в холодном и горячем состоянии.

Порошковые электроды и ленты применяют при наплавке ножей бульдозеров и скреперов, опорных катков тракторов и экскаваторов. Порошковые электроды маркируют следующим образом: ЭТН-1 с шихтой из доменного ферромарганца, ЭТН-2 с шихтой из сталинита, ЭТН-3 с шихтой из доменного ферромарганца с добавлением 6…7 % никеля. Твердость металла, наплавленного данными электродами, достигает HRC60…61.

К порошкообразным твердым сплавам относятся сталинит, вокар, ВИСХОМ-9 и боридная смесь.

Сталинит содержит 57 % железа, 18 % хрома, 15 % марганца и 10 % углерода. Твердость металлопокрытия, полученного при однослойной наплавке этим сплавом, составляет HRC50, при двухслойной – HRC56…57. Данный сплав применяют при наплавке зубьев и козырьков ковшей экскаваторов, щек дробилок, бандажей бегунов и других деталей.

Вокар представляет собой механическую смесь измельченного вольфрама с углеродом. Наплавленный металл содержит до 10 % углерода, до 3 % кремния. 85…87 % вольфрама и до 2 % железа. Металлопокрытие имеет высокую твердость (первый слой наплавки имеет твердость HRC56…58, второй HRC61…63), износостойкость и хрупкость. Вокаром наплавляют только буровой инструмент. Высокая стоимость, а также свойства наплавленного слоя ограничивают его применение.

Шихта ВИСХОМ-9 состоит из 74 % измельченной стружки серого чугуна, 15 % ферромарганца, 5 % феррохрома, 6 % серебристого графита, связанных между собой раствором жидкого стекла с водой. Металл, наплавленный этой шихтой, имеет твердость HRC55…56. Данной шихтой наплавляют лапы культиваторов, лемеха, полевые доски плугов и т.п.

Боридная смесь БХ представляет собой механическую смесь, состоящую из 50 % борида хрома и 50% железного порошка. Наплавленный металл насыщен кристаллами борида хрома, сцементированными эвтектикой, и содержит около 0,12 % углерода, 35 % хрома, 7,63 % бора и 57,25 % железа; его твердость HRC82…84, а износостойкость в 2…3 раза выше, чем при наплавке сталинитом. Боридную смесь применяют при наплавке деталей, работающих в абразивной среде без ударных нагрузок.

3. Назовите приспособления, применяемые при работе на станках токарной группы.

Характер установки и закрепления заготовки, обрабатываемой на токарном станке, зависит от типа станка, вида обрабатываемой поверхности, характеристики заготовки (отношение длины заготовки к ее диаметру), требуемой точности и других факторов.

Трехкулачковые (самоцентрирующие) патроны (рис. 3) применяют для закрепления заготовок цилиндрической формы при отношении их длины к диаметру меньше 4.

В радиальных пазах корпуса 1 патрона (рис.3) расположены три кулачка. Своими спиральными выступами на подошве кулачки входят в канавки спиральной резьбы конического зубчатого колеса 3. Это колесо приводится во вращение с помощью ключа 7, вводимого в гнездо одного из трех малых зубчатых колес 3, сопряженных с большим коническим диском 4. По спиральной резьбе большого конического колеса кулачки патрона могут одновременно двигаться к центру или от центра, т.е. зажимать или освобождать заготовку.

Четырехкулачковый патрон (рис. 4) позволяет закреплять заготовки несимметричной формы.

Патрон имеет четыре зажимных кулачка, которые перемещаются независимо один от другого в пазах корпуса 1. На каждом кулачке имеется «полугайка», сопрягаемая с винтом, расположенным в пазе. Для закрепления заготовки в патроне ключ 4 вводится в гнездо винта 3.

Кулачки патронов могут быть закаленными. Вследствие этого они мало изнашиваются, но при закреплении в них деталей с окончательно обработанными поверхностями на этих поверхностях остаются вмятины. Чтобы избежать образования вмятин, необходимо применять незакаленные кулачки.

Центры служат для установки (базирования) заготовок типа валов, длина которых превышает диаметр в четыре и более раз. Для установки заготовки в центрах на ее торцах предварительно высверливают центровые отверстия.

Для передачи крутящего момента от шпинделя на заготовку используют поводковый патрон, навинченный на передний конец шпиндельного вала, и хомутик, закрепленный на переднем конце заготовки.

По конструкции центры делятся на упорные, вращающиеся и поводковые; по форме рабочей части – на прямые, обратные, полуцентры и грибковые.

Хвостовики выполняются по размерам и форме стандартных конусов Морзе. Диаметр заниженной части 4 меньше наименьшего диаметра конуса хвостовика, благодаря чему небольшое увеличение его, получающееся при выбивании центра из шпинделя, не влияет на точность установки центра на станке.

 

Обратный упорный центр (рис,5,б) имеет на рабочей части коническое отверстие с углом 60⁰. Такие центры применяют для установки на токарном станке валиков малых диаметров (менее 4мм), на концах которых выполняются наружные центровые конусы.

Полуцентры упорные (рис.5,в) устанавливаются в пиноль задней бабки. Они имеют неполный рабочий конус, который позволяет подрезать торец заготовки, установленной в центрах.

Рабочая часть грибкового упорного центра (рис.5, г) выполнена в виде усеченного конуса увеличенного диаметра. Такой центр используется для установки на станке пустотелых заготовок по внутренним фаскам.

Для чистового точения с большой скоростью резания в пиноль задней бабки иногда устанавливаются износостойкие центры, рабочая часть которых оснащается твердым сплавом (рис.5, д).

Вращающиеся центры получили наиболее широкое применение в качестве задних центров и выпускаются двух серий: нормальной и усиленной.

На рис. 5, е показано устройство вращающегося центра нормальной серии, который состоит из корпуса 6 с коническим хвостовиком, подшипников качения 3, 4, 5 и вставки (шпинделя) 1.

Крышка 2 с войлочным уплотнением защищает подшипники от загрязнения и вытекания смазки. Ею также регулируют зазоры в подшипниках.

Вращающиеся центры усиленной серии (рис.5, ж) имеют сменный наконечник 1 в виде усеченного конуса. Они применяются при обработке пустотелых валов и труб. При снятом наконечнике центр может быть использован в качестве обратного.

Поводковые центры позволяют вести обтачивание деталей на всю длину без хомутика и поводкового патрона. Такие центры, установленные в шпиндель станка, передают крутящий момент заготовке посредством рифленых поверхностей.

Поводковый рифленый центр (рис.5, з) применяют при обработке пустотелых валов и труб в тех случаях, когда на кромках отверстий допустимы вмятины от зубьев центра или они могут быть удалены последующий обработкой.

При обтачивании нежестких валов, длина которых в 10 и более раз превышает их диаметр, установка их только в центрах, без опоры в средней части, оказывается недостаточной, так как под действием силы резания происходит значительный изгиб заготовки, Предотвращение изгиба обеспечивается люнетами, дополнительно поддерживающими заготовку.

Каждый токарно-винторезный станок снабжается двумя люнетами – подвижным и неподвижным (рис. 6). Неподвижный люнет устанавливают на станине: он имеет три кулачка, поддерживающие заготовку при обработке. Кулачки люнета оснащают бронзовыми подушками, заливают баббитом или снабжают роликами.

 

Подвижный люнет устанавливают на каретке суппорта, он перемещается вместе с резцом, его кулачки находятся в непосредственной близости к плоскости резания и воспринимают то давление, которое при их отсутствии вызвало бы изгиб заготовки. Рационально применять подвижные люнеты – виброгасители (рис.6, б), которые не только предотвращают изгиб заготовки, но и одновременно гасят вибрации, возникающие при обработке валов. Колебания от заготовки 1 через ролики 2 и поршни 3 передаются гидравлической системе (находящейся под давлением 150 … 200 кПа) и гасятся ею.

Жесткие (цельные) и разжимные оправки применяют для закрепления заготовок типа втулок, колец, стаканов, дисков, зубчатых колес и пр., имеющих обработанные внутренние поверхности, в случаях, когда необходимо выдержать строгую концентричность наружной поверхности относительно внутренней. На цельных конических оправках заготовка удерживается от проворачивания за счет силы трения на сопряженных поверхностях, так как оправа имеет небольшую конусность. На рис.7приведена простейшая коническая оправка, на которой заготовка (показана штриховыми линиями) удерживается вследствие заклинивания в отверстии (D >d).

 

На цельной цилиндрической оправке заготовка удерживается от проворачивания за счет жесткого ее закрепления гайкой. Заготовки, у которых разница в диаметрах отверстий колеблется в пределах 0,5…0,15 мм, а также тонкостенные детали закрепляются на разжимных оправках.

Планшайбы применяют для закрепления несимметричных и сложных по конфигурации заготовок (рис.8, а). Планшайба представляет собой чугунный диск, снабженный ступицей для навинчивания на шпиндель. На ее передней плоскости имеются 4…6 канавок Т – образного профиля и несколько сквозных пазов и отверстий. Заготовки формы диска на планшайбе крепят прихватами; для закрепления патрубка 1 (рис. 8, б) используют угольник 2.

 

 

БИЛЕТ №12

1. Расскажите свойства, технологию производства и применение алюминия. Приведите примеры марок алюминия по ГОСТу.

Алюминий – серебристо-белый металл, обладающий хорошей электропроводностью (=0,028мк Ом×м) и теплопроводностью, стойкостью против азотной и органических кислот, однако разрушается щелочами, соляной и серной кислотами; на воздухе он устойчив против коррозии, так как на поверхности его имеется плотная оксидная пленка, изолирующая внутренние слои от действия атмосферы. Плотность алюминия 2700 кг/м³, температура плавления 658^оС.

Рудами алюминия служат породы, богатые глиноземом Al₂O₂ и залегающие крупными массами на поверхности земли. К таким породам относятся бокситы, нефелины, алуниты и каолины (глины). Наибольшее промышленное применение получили бокситы, которые содержат 30…57% Al₂O₂ .

Технология производства алюминия включает следующие процессы получения глинозема из руды, получение первичного алюминия электролизом глинозема, рафинирование первичного алюминия.

Глинозем получают тремя способами: щелочным, кислотным и электрометаллургическим.

Наибольшее распространение получил мокрый щелочной способ К.И.Байера, применяемый для переработки высокосортных бокситов с небольшим массовым содержанием (до 5…6%) кремнезема. По этому способу боксит после дробления и размола выщелачивают концентрированным раствором гидроксида натрия в автоклавах (стальных герметических сосудах) при температуре 250^оС и давлении 2500…3000 кПа. При таких условиях гидроксид алюминия из бокситов быстро и достаточно полно растворяется с образованием алюмината натрия

Al (OH)₃ + NaOH →Na AlO₂ + 2H₂O (11)

Кремнезем, содержащийся в боксите, также растворяется гидроксидом натрия с образованием силиката натрия Na₂SiO₃, который реагирует с алюминатом натрия и водой, в результате чего получается натриевый алюмосиликат Na₂O×Al₂O₃ ×2SiO₂ × nH₂O, выпадающий в осадок.

Разложение алюминатного раствора для получения кристаллического гидроксида алюминием называют выкручиванием. Выкручивание производят в баках, куда для ускорения процесса вводят небольшое количество гидроксида, играющего роль затравки (центров кристаллизации). Реакция гидролиза идет в разбавленных водой растворах при медленном перемешивании пульпы

Na AlO₂ + 2H₂O → Al (OH)₃ + NaOH (12)

Длительность выкручивания 75…90ч

Кристаллический гидроксид после промывки фильтруют, обжигают (кальцинируют) для полного обезвоживания в трубчатых вращающихся печах длиной до 70м при постепенном нагревании гидроксида до 1200^оС. Полученный глинозем Al₂O₃ охлаждается и направляется затем для электролиза. На 1т глинозема расходуется около 2,5т боксита, до 200кг гидроксида натрия и до 120кг извести, применяемой для регенерации гидроксида натрия.

По сухому щелочному способу, разработанному под руководством А.А.Яковкина, для бокситов с повышенным массовым содержанием кремнезема руду и известняк после дробления смешивают с содой Na₂CO₃ и спекают при температуре 1200…1300^оС в барабанных вращающихся печах. В результате получаются окатыши спека, содержащие метаалюминат натрия Na₂O × Al₂O₃, а также нерастворимые в воде двукальциевый силикат (СaO)₂ × SiO₂, метаферрит натрия Na₂O × Fe₂O₃ и других соединения.

Далее спек выщелачивают содовым раствором, в результате алюминат натрия переходит в раствор. Для выделения гидроксида алюминия алюминитный раствор разлагают методом карбонизации, для чего через него пропускают печные газы, содержащие диоксид углерода:

Na₂O×Al₂O₃ + CO₂ + 3H₂O → 2 Al (OH)₃ + Na₂CO₃. (13)

Кристаллический гидроксид аллюминия подвергают кальцинации и получают глинозем.

Металлический алюминий получают по методу, разработанному профессором П.П.Федотьевым в 20-х годах ХХ в., - электролизом глинозема, растворенного в криолите (Na₃ AlF₆). Электролизная ванна (рис.2) имеет стальной кожух 4, внутри выложенный угольными блоками 2. К подине подведены катодные шины 1, и весь корпус ванны является, таким образом, катодным устройством. Анодами служат угольные блоки 6, которые присоединены к электрододержателям 5.

Через загруженную глиноземом и криолитом ванну пропускают постоянный ток силой 70…75 кА и напряжением 4…4,5 В. Шихта нагревается и расплавляется теплотой, выделяющейся при прохождении тока между анодом и катодом. Рабочая температура составляет 930…950^оС.

Потенциал электролитической диссоциации глинозема (1,7 В) меньше, чем криолита (3,7В). Глинозем диссоциирует на ионы

Al₂O₃ → 2 Al³⁺ +30^2- (14)

Ионы алюминия переносят ток к катоду и осаждаются на нем, то есть в процессе электролиза жидкий алюминий собирается на подине ванны, откуда его выкачивают вакуум – насосом в ковш. Для получения 1 т алюминия расходуется до 185000 кВт×ч электроэнергии и около 2т глинозема.

Для очистки расплавленного алюминия от растворенных в нем газов и примесей его продувают в течение 10…15 мин хлором.

Марки алюминия регламентируются ГОСТ 4734-97, согласно которому действуют следующие обозначения:

Алюминий высокой чистоты обозначается марками АДоч и АДч, содержащими алюминия не менее 99,98 и 99,95% соответственно.

Алюминий технической частоты марок АД000, АД00, АД0, АД1 и АД – в указанной последовательности количество примесей возрастает от 0,2 до 1,2%.

Часто за условным номером сплава следуют буквы, характеризующие состояние сплава: М – мягкий (отожженный), Н – нагартованный (Н1 – усиленно нагартованный), Т – термически обработанный (закаленный и естественно состаренный).

 

 

2. Назовите основные требования к материалам для подшипников скольжения. Перечислите материалы для подшипников скольжения и охарактеризуйте их, приведите примеры марок.

3. Проклассифицируйте токарные резцы по виду и характеру обработки, по направлению подачи, по форме рабочей части, по роду материала и по способу изготовления и охарактеризуйте их.