Материал этого раздела посвящен рассмотрению методов получения конкретных деталей, конструкций и полуфабрикатов литьем, обработкой давлением и сваркой. Ознакомьтесь с историей развития этих методов, вкладом российских ученых и производственников в совершенствовании процессов литья, обработки давлением и сварки.
2.2.1. Литейное производство
Литье является одним из древних методов получения конкретных деталей машин из металлов, который в наше время получил большое развитие. Уясните значение литейного производства для сельскохозяйственного машиностроения, тракторостроения и автомобилестроения.
Изучение начните с рассмотрения общей схемы технологического процесса получения отливки. Затем разберитесь с каждой частью этого процесса подробнее. Изучите литейные сплавы и теоретические основы литейного производства отливок, изготовление отливок в песчано-глинистых формах, заострив внимание на модельном комплекте, формовочных и стержневых смесях, литниковых системах и технологии изготовления литейной формы. Ознакомьтесь с машинной формовкой, механизацией и автоматизацией изготовления литейных форм.
Все большее применение при массовом производстве находят такие прогрессивные способы литья, как литье в металлические формы, центробежное литье, литье под давлением, оболочковое литье, литье по выплавляемым моделям. Уясните схемы технологий получения отливок этими методами, их преимущества и недостатки.
Изучите особенности изготовления отливок из различных сплавов: чугуна (серого, высокопрочного, ковкого), стали, алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Обратите при этом внимание на литейные свойства этих сплавов (температура плавления и заливки, жидкотекучесть, усадка), способы плавления их и материалы для шихтовки, заливку сплавом форм, особенности литниковой системы.
Ознакомьтесь с технологичностью конструкций литых деталей, основой их конструирования, дефектами литья, причинами их возникновения и методами исправления.
Уясните основные вопросы техники безопасности в литейных цехах.
Вопросы для самопроверки
1. Из каких элементов состоит схема технологического процесса изготовления отливки?
2. Какие требования предъявляются к формовочным и стержневым материалам, какие материалы отвечают этим требованиям?
3. В чем сущность получения отливок в металлические и оболочковые формы, центробежного литья, литья по выплавляемым моделям, под давлением?
2.2.2. Обработка металлов давлением
Обработка давлением широко применяется при изготовлении и ремонте деталей тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин. Изучение этого очень важного подраздела следует начать с рассмотрения теоретических основ обработки давлением. Необходимо хорошо усвоить влияние обработки давлением на структуру и свойства металлов. Повторите часть первого раздела по пластической деформации и рекристаллизации.
Изучая процессы, происходящие в металле при нагреве, уясните сущность явлений пережога, перегрева, обезуглероживания, угара и способы их предотвращения. Научитесь определять температурный интервал горячей обработки давлением углеродистых сталей и обосновывать этот выбор. Ознакомьтесь с печами и устройствами, применяемыми для нагрева заготовок.
Уясните сущность процесса продольной прокатки как наиболее распространенной. Выясните, благодаря чему и как происходит захват заготовки валками, как происходит деформация металла в валках. Ознакомьтесь с устройством прокатного стана, схемами расположения рабочих клетей. Рассмотрите поперечную и поперечно-винтовую прокатку. Необходимо запомнить названия и назначение прокатных станов для проката различных заготовок, последовательность выполнения операций прокатки разных видов продукции, знать основные сортовые профили, некоторые специальные виды проката и их применение в сельхозмашиностроении.
При рассмотрении процесса волочения поймите его сущность, возможности. Разберите различные схемы волочения для получения большого разнообразия продуктов волочения. Уясните весь технологический процесс волочения в целом, обратите внимание на предварительную подготовку заготовки перед волочением. Ознакомьтесь с продукцией волочильного производства и ее применением.
Приступая к изучению процесса прессования, вникните в его сущность и широкие возможности. Ознакомьтесь с различными схемами прессования, продукцией и областью ее применения.
Изучение процесса свободной ковки начните с рассмотрения основных операций ковки. При этом обратите внимание на процессы, протекающие в очаге деформации, изменение микроструктуры и свойств обрабатываемого металла. Изучите применяемое при ковке оборудование, приспособления и инструменты. Ознакомьтесь с последовательностью и методикой разработки технологического процесса: разработкой чертежа поковки, расчетом размеров заготовки, выбором оборудования, последовательностью операций ковки, технологическими требованиями к деталям.
Перейдя к изучению объемной штамповки, установите ее отличие, преимущества и недостатки перед свободной ковкой. Разберитесь с разновидностями объемной штамповки: горячей и холодной, в открытых и закрытых штампах. Ознакомьтесь с технологией одноручьевой, многоручьевой и раздельной штамповки на молотах, применяемыми инструментом и оборудованием. Поймите сущность холодной высадки.
Разберитесь с технологией листовой штамповки.
Изучение технологий обработки давлением закрепите рассмотрением изготовления поковки конкретной детали.
Рассмотрите основные вопросы по технике безопасности при обработке металлов давлением.
Вопросы для самопроверки
1. Чем обусловливается выбор температурного режима горячей обработки давлением?
2. Чем отличается структура и свойства литого металла от кованого?
3. В чем сущность технологий ковки, прокатки, волочения, прессования, объемной и листовой штамповки?
2.2.3. Сварка металлов
Изучение материала рекомендуется начинать с рассмотрения общих сведений о сварке, как о технологическом процессе, в результате которого достигается неразъемное соединение вследствие образования межатомных связей между соединяемыми деталями. При этом следует обратить внимание на преимущества сварки по сравнению с другими видами соединений металлов.
Приступая к изучению классификации способов сварки, следует уяснить, что сближение атомов может быть достигнуто путем пластического деформирования (в холодном или нагретом состоянии) или расплавлением соединяемых кромок, что и определяет физическую сущность сварки давлением и сварки плавлением. Уясните, как сварочные процессы при сварке плавлением классифицируются по виду энергии, применяемой для нагревания металла. Разберитесь, почему однородные металлы хорошо свариваются, а разнородные плохо, какие надо принимать меры для улучшения свариваемости.
Оцените роль российских (Н.Н. Бенардос, Н.Г. Славянов, Е.О. Патон и др.) ученых в развитии сварочного производства.
Прежде чем приступить к изучению отдельных видов сварки, надо уяснить сварочные свойства электрической дуги, а затем рассмотреть способы ручной дуговой сварки, полуавтоматической и автоматической сварки плавлением: сварку под флюсом, сварку в среде защитных газов, электрошлаковую сварку, плазменную сварку и др., область применения различных видов. При этом необходимо уяснить сущность каждого способа сварки, применяемое оборудование и сварочные материалы, обратив особое внимание на изучение электродов, их типа, марок, состав обмазок и назначение составляющих, маркировку электродной проволоки, общее обозначение электрода.
При изучении газовой сварки рекомендуется, рассмотреть получение и строение отдельных видов сварочного ацетиленокислородного пламени, способы получения и хранения ацетилена и кислорода, после чего изучить способы сварки, процессы, протекающие при газовой сварке, устройства и работы оборудования; указать технологические возможности и область применения газовой сварки.
При изучении огневой резки металлов уясните сущность способов резки металлов: кислородной, кислородно-флюсовой, плазменной, воздушно-дуговой. Изучите технологические особенности каждого способа резки и применяемую аппаратуру.
Изучение способов сварки давлением начинайте с рассмотрения трех основных разновидностей контактной сварки: стыковой, точечной и шовной. Следует усвоить физическую сущность, устройство и электрические схемы каждого вида контактной сварки, разобраться в основах их технологии. Уясните, что общим для всех видов контактной сварки является то, что металл в зоне контакты двух свариваемых элементов при прохождении электрического тока достаточно большой силы нагревается в одних случаях до пластического состояния, в других — до температуры плавления, после чего производится сжатие.
Уделите достаточное внимание изучению новых способов сварки давлением: диффузионной в вакууме, ультразвуковой, трением. Нужно четко уяснить сущность и технологические особенности каждого из этих способов сварки, область их применения.
Изучите особенности кристаллизации сварного шва. Возникновение деформаций и напряжений в сварных деталях, классификацию материалов по их свариваемости.
Сварка конструкционных сталей: углеродистых, низколегированных и легированных. Понятие о сварке высоколегированных сталей, чугуна, меди, алюминия, титана и их сплавов.
Для усвоения теоретических основ сварки плавлением необходимо знать диаграмму железо-углерод, критические точки (А1, А3, Аcm). Знание диаграммы поможет изучить структурные изменения в зоне шва и близлежащих зонах при кристаллизации и охлаждении сварного шва, а также уяснить, какие структурные превращения происходят в металле в зоне термического влияния, возникающего в процессе сварки. Особое внимание следует уделить причинам и механизму образования напряжений и деформаций при сварке, мерам по их уменьшению и устранению, уясните три основные причины: неравномерный нагрев свариваемого металла, линейную усадку расплавленного металла и структурные изменения в металле шва при его затвердевании.
Изучая особенности технологии сварки различных сталей, чугуна, металлов и сплавов, а также наплавки твердых сплавов, необходимо запомнить зависимость свариваемости углеродистых и низкоуглеродистых сталей от процентного содержания в них углерода. Обратите внимание на холодную и горячую сварку чугуна, различие в подготовке к сварке чугунных деталей, сварочные материалы (в т.ч. электроды). Изучайте меры, предупреждающие отбеливание чугуна при холодной сварке, а также недостатки и достоинства каждого из этих видов сварки чугуна.
Следует хорошо разобраться в особенностях сварки некоторых легированных сталей, обладающих плохой теплопроводностью, а также цветных металлов и сплавов. Особое внимание при этом необходимо обратить на окисление алюминия, затрудняющее сварку, и на способы его уменьшения.
При пайке возможно соединение не только всех однородных металлов и сплавов, но и разнородных, нередко с резко различными свойствами. Поэтому при таком разнообразии соединяемых металлов и сплавов и применяемых припоев необходимо усвоить сущность и схемы процесса пайки, его принципиальное различие от процесса сварки плавлением, а также следует знать, как классифицируются припои, указать основные технологические требования, которым они должны удовлетворять. Следует также изучить способы пайки, их характерные особенности в зависимости от используемых источников нагрева и оборудования.
Изучение вопросов контроля сварных и паяных соединений рекомендуется начинать с классификации дефектов, которые подразделяются на две группы.
1. Дефекты, возникающие в связи с особенностями металлургических и тепловых процессов (кристаллизационные трещины, поры, холодные трещины, неметаллические включения и др.).
2. Дефекты формирования шва, происхождение которых связано с нарушением режима сварки, неправильной подготовкой материалов к сварке, неисправностью сварочной аппаратуры и другими причинами.
Дефекты могут быть внешние и внутренние. Надо изучить причины их появления и способы устранения, затем перейти к изучению методов контроля дефектов. При этом следует усвоить, что для обнаружения наружных дефектов, кроме визуального осмотра, применяют контроль красками, люминофорами, магнитно-порошковым методом. Для обнаружения внутренних дефектов применяют физические методы контроля: просвечивание проникающим излучением, ультразвуковую дефектоскопию, магнитно-индукционный метод и др.
Дефекты структуры шва сварного соединения и зоны термического влияния, внутренние и наружные трещины, шлаковые включения могут быть выявлены при металлографическом исследовании.
Изучение вопросов техники безопасности при сварочных работах следует начинать с изучения Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, и Правил устройства электроустановок (ПУЭ) в части безопасности их эксплуатации. Прежде всего, необходимо уяснить возможные виды и причины травм при электрогазосварочных работах. Особо следует знать о вредном влиянии на организм пыли, продуктов сгорания электродных покрытий и флюсов, паров цинка при сварке латуней, окислов хрома, кремния, а также газов, выделяющихся при сварке различных металлов и сплавов. Затем следует рассмотреть меры защиты от вышеприведенных вредностей и ознакомиться с основными приемами оказания первой помощи пострадавшему. Необходимо также ознакомиться со сваркой пластмасс.
Вопросы для самопроверки
1. Как классифицируются сварочные процессы?
2. Изложите физическую сущность сварки давлением и сварки плавлением.
3. Как влияет содержание углерода на свариваемость стали?
4. Изложите сущность автоматической сварки под флюсом, область применения.
5. В чем сущность кислородной и плазменной резки металлов?
6. Изложите сущность контактной сварки.
7. Изложите сущность диффузионной сварки в вакууме и ультразвуковой сварки, область их применения.
8. Каковы особенности кристаллизации в сварочной ванне?
9. Каковы причины возникновения напряжений и деформаций при сварке?
10. В чем трудность сварки чугуна и легированных сталей?
11. Чем отличается пайка металлов от сварки плавлением?
12. Перечислите способы контроля сварных швов.
13. Объясните сущность ультразвуковой дефектоскопии.
14. В чем состоят правила безопасности при обслуживании электросварочного оборудования?