Сырье в промышленности. Металлорезание

СОДЕРЖАНИЕ: ВВЕДЕНИЕ…1. Сырье в промышленности: классификация, добыча, обогащение сырья… 2. Сущность, назначение и виды термической и химико-термической обработки… 3. Современные способы обработки металлов резаньем. Сущность технологических процессов обработки на токарных станках.Элементы режимов резания при точении…12 ЗАКЛЮЧЕНИЕ…14 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…15 ВВЕДЕНИЕ В настоящее время резка металла приобретает все большее значение. Это происходит в первую очередь за счет увеличения объемов производства с которыми не справляется обычная ручная резка, а также в связи со значительным развитием кибернетики и автоматики, благодаря чему изготовление станков с ЧПУ для фигурной вырезки деталей и заготовок не представляет технической сложности и окупаемость данного оборудования лежит в пределах 0,5—1 года. Изготовление станков с ЧПУ в существенной мере облегчило труд резчика, повысило производительность труда и точность изготовления детали (заготовки), благодаря чему возросла роль резки металла в заготовительном производстве.

Одной из наиболее трудоемких операций, в настоящее время, остается подготовка кромок под сварку.

Разработки в этой области на территории бывшего СССР до сих пор не увенчались успехом.Зарубежные аналогичные приспособления не получили широкого распространения в нашей стране в первую очередь из-за их высокой стоимости. 1. Сырье в промышленности: классификация, добыча, обогащение сырья В двадцатом столетии бурное развитие промышленности, перерабатывающей минеральное сырье, привело к накоплению тысяч тонн отходов, в составе которых содержатся силикаты и алюмосиликаты кальция, магния, калия и натрия.

Промышленность строительных материалов - главный потребитель техногенного сырья, является завершающим звеном комплексного использования природных богатств и может решать многие экологические проблемы.В технологии бетона особый интерес вызывают те побочные продукты, которые являются химически активными материалами и участвуют в процессах формирования структуры.

По классификации Боженова П.И. техногенное сырье по агрегатному состоянию в момент его выделения из основного технологического процесса разделяется на три класса: 1. Продукты, не утратившие природных свойств (карьерные остатки при добыче горных пород; остатки после обогащения породы на полезное ископаемое). 2. Искусственные продукты, полученные в результате глубоких физико-химических процессов, образовавшиеся: — при обработке ниже Тспек; — при условии полного или частичного расплавления исходного сырья; — при осаждении из расплава при Т < 200 °С. 3. Продукты, образовавшиеся в результате длительного хранения отходов в отвалах (жидкие: растворы, эмульсии, грязи; твердые: щебень, пески, порошки)[9. c.63]. Минеральным сырьем 1 класса являются попутные продукты промышленности нерудных строительных материалов и горно-обогатительных комбинатов (ГОК). «Хвосты» обогащения ГОКов, содержащие в основном кварц, полевые шпаты, карбонаты кальция и магния, могут использоваться в качестве заполнителей для производства бетонных и растворных смесей, если по размеру зерен удовлетворяют требованиям действующих стандартов.

Техногенным сырьем 2 класса являются металлургические шлаки, золы и шлаки, образовашиеся при сжигании твердого топлива на ТЭС, шламы глиноземной и химической промышленности, пыль газоочистки производства ферросилиция и другие.

Эти продукты, во многом различаясь по химическому и минералогическому составу, могут использоваться и в качестве вяжущего материала и как минеральные добавки в бетонах и растворах.

Продукты 3 класса пока не находят широкого применения в производстве строительных материалов из-за разнообразия процессов, происходящих в отвалах.Наиболее подробно изучены горелые породы угледобывающей промышленности, которые могут применяться как неактивные минеральные компоненты бетонных и растворных смесей.

Числитель приведенной формулы показывает, сколько процентов СаО остается для образования силикатов кальция, а знаменатель — сколько СаО необходимо для образования моносиликатов кальция.Если Косн = 1, образуется CS, при Косн =1,5, следует ожидать образования CS и C2S, при Косн — 2, образуется C2S. По химической характеристике (Косн) минеральные материалы разделяется на 5 групп: — от 1,6 до + оо — ультраосновные (обладают свойствами вяжущих); — от 1,2 до 1,6 — основные (гидравлически активные добавки); — от 0,8 до 1,2 — средние (сырье для материалов автоклавного твердения); — от 0,0 до 0,8 – кислые (сырье для керамических материалов, стекла, минеральной ваты); — от 0,0 до – оо – ультракислые (сырье для керамики, стекла и др.). Эффективным сырьем для производства активных минеральных тонкодисперсных добавок в бетоны и растворы являются зола-уноса ТЭС, обладающая удельной поверхностью порядка S д = 3000…3500 см2Д и микрокремнезем, имеющий Syd — 20 000…22 000 см2/г. Эти отходы не требуют специальной подготовки при их введении в бетонную или растворную смесь.

При этом, однако, следует учитывать, что при использовании зол и шлаков их свойства в значительной степени зависят от химического состава и свойств исходного сырья и могут колебаться в широких пределах.

К добавкам пуццоланического действия относятся ультрадисперсные отходы ферросплавного производства, содержащие более 90% аморфного кремнезема и состоящие из тонкодисперсных сферических стекловидных частиц.

Основной предпосылкой использования таких добавок в производстве вяжущих и бетонов является их способность в смеси с известью за первые 5…7 ч нормального твердения связывать до 7% СаО в низкоосновные гидросиликаты кальция при соотношении между известью и добавкой 1:1 по массе. Имеются данные, что 1 кг микросилики может заменить 3…4 кг цемента в бетоне при обеспечении той же прочности в 7 и 28-суточном возрасте.Важное отличие добавки состоит в том, что эффект пуццолановой реакции проявляется на ранних стадиях твердения более интенсивно, чем при использовании золы-уноса.

Использование в бетонах и растворах отходов ферросплавного производства и других подобных минеральных веществ является перспективным направлением в технологии бетона, так как, являясь вторичным цементирующим материалом, они в значительной мере способствуют повышению технической и экономической эффективности бетона.В процессе выплавки чугуна в доменных печах образуется большое количество шлаков, которые целесообразно использовать в качестве добавок в бетонах и растворах.

Для производства активных дисперсных добавок целесообразно отбирать расплавы доменных шлаков, образующихся при горячем или нормальном «ходе» (тепловом режиме) доменной печи. Для получения добавок наиболее подходят быс-троохлажденные гранулированные расплавы, поэтому в качестве добавок лучше использовать остеклованные шлаки.Некоторые шлаковые расплавы в результате силикатного распада превращаются в тонкодисперсный порошок «доменную муку», которая почти полностью состоит из гидравлически активного белита и может применяться как активная минеральная добавка без дополнительного помола, что экономически весьма целесообразно.

Большим резервом производства строительных материалов является вторичное сырье цветной металлургии.В алюминиевой промышленности основной техногенный продукт — шламовые отходы, количество которых в отвалах исчисляется десятками миллионов тонн. При переработке бокситов на глинозем образуется красный бокситовый шлам, характеризующийся рядом ценных свойств: высокой степенью дисперсности, постоянным химическим составом и водотвер-дым отношением, значительным содержанием полуторных оксидов.

Для определения оптимального количества минеральных добавок необходимо проводить экспериментальные исследования с целью установить зависимость изменения прочности бетона от количества добавки: Rb =/(МД). Для этого изготавливаются образцы из смеси цемента и различного количества добавки, которые после 7-и и 28-суточного твердения при нормальных условиях или сразу после пропа-ривания испытываются на прочность.

Исследованиями установлено, что характер изменения прочности бетона с минеральными добавками связан со способностью добавок работать как микронаполнители.При малых дозировках добавки её частицы, равномерно распределяясь в тесте, играют роль включений, снижающих однородность и прочность цементного камня.

При оптимальном содержании добавки в системе «цемент + минеральная добавка» прочность бетона повышается, достигая максимума. В этом случае частицы минеральной добавки играют роль элементов структуры цементного камня. Дальнейшее увеличение дисперсного материала приводит к разбавлению цемента добавкой и нарушению непосредственных контактов между частицами цемента, что ведет к снижению прочности.Следует различать экономически оптимальное количество минеральной добавки, найденное из условия минимизации расхода цемента или стоимости бетона, и структурно-оптимальное, обусловленное физическим состоянием системы или структуры, связанное с перераспределением частиц в цементном тесте. Предпочтение следует отдавать структурно-оптимальному количеству добавки, потому что бетонам с такой организацией структуры соответствует максимальное значение прочности — отклик системы «Ц+МД» на оптимизацию дисперсионной среды (цементного теста) в бетоне. 2. Сущность, назначение и виды термической и химико-термической обработки Термической обработкой стали называется совокупность технологических операций ее нагрева, выдержки и охлаждения в твердом состоянии с целью изменения ее структуры и создания у нее необходимых свойств: прочности, твердости, износостойкости, обрабатываемости или особых химических и физических свойств [9. c.86]. Термообработка бывает предварительная и окончательная.

Предварительная термообработка (отжиг поковок) проводится непосредственно после ковки с целью предотвращения появления флокенов, снижения твердости, для облегчения последующей механической обработки, уменьшения остаточных напряжений и подготовки структуры под окончательную термообработку.

Окончательная термообработка (нормализация, закалка с высоким отпуском и т.д.) придает металлу требуемый уровень механических свойств, обеспечивает необходимую структуру.

Отжигом называется процесс термообработки, состоящий из нагрева стали до заданной температуры, выдержки при этой температуре и последующего медленного охлаждения Закалка стали – процесс, состоящий из нагрева стали до определенной температуры, выдержки при этой температуре и быстрого охлаждения.

Цель закалки – придание высокой твердости и прочности за счет получения неравновесных структур. Эти неравновесные структуры можно получить лишь при очень высоких скоростях охлаждения. Длительность выдержки при нагреве под закалку зависит от размеров гуделий и массы садки.В качестве закалочных сред (для быстрого охлаждения) используются вода, масло индустриальное и раствор щелочи.

Охлаждающая способность жидкостей различна. Отпуск стали заключается в нагреве до определенных температур (более низких им при закалке), выдержке и охлаждении. Цель отпуска – перевести структуру стали в более равновесное состояние, придать стали требуемые свойства. Кроме того при отпуске снимаются внутренние напряжения, полученные при закалке.В зависимости от температуры, отпуск бывает низкий, средний, высокий. При низком отпуске сталь нагревается до температуры 150-3000С. Это приводит к снижению внутренних напряжений в стали.

При низком отпуске твердость стали снижается незначительно. При среднем отпуске сталь нагревается до температуры 300-5000С. средний отпуск значительно понижает твердость и обеспечивает высокую вязкость стали. Среднему отпуску подвергают пружины, рессоры, штампы для холодной обработки.Высокий отпуск проводят при температуре 500-6800С. высокий отпуск значительно понижает твердость и сопротивление разрыву и повышает пластичность и ударную вязкость.

Высокому отпуску подвергают валы, оси и т.д. Химико-термической обработкой называют поверхностное насыщение стали соответствующим элементом (например – углеродом, азотом и т.д.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды при высокой температуре. Цементацией называется процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Цель цементации – получение твердой и износостойкой поверхности.Цементация бывает двух видов: газовая цементация и цементация в твердом карбюризаторе.

В качестве твердого карбюризатора применяется активированный уголь (древесный уголь или каменноугольный полукокс) с активаторами. Газовую цементацию осуществляют нагревом изделия в среде газов, содержащих углерод: синтин, керосин и т.д. Окончательные свойства цементированных изделий достигаются в результате термической обработки, выполняемой после цементации – закалки и низкого отпуска.Это высокая твердость в цементированном слое и хорошие механические свойства сердцевины.

Цементации подвергают низкоуглеродистые стали. Контроль термической обработки осуществляется определением механических свойств на образцах, а также замером твердости на приборах: Бриннель и Роквелл. Определение твердости на приборе Бриннель осуществляется путем вдавливания в поверхность детали стального шарика под нагрузкой. По диаметру лунки после снятия нагрузки определяют твердость детали.Определение твердости методом Роквелла осуществляется путем вдавливания в поверхность детали алмазного конуса (под нагрузкой). По высоте отпечатка определяется твердость. Оборудование для термообработки Печи – имеют газонепроницаемый корпус из листовой стали, обложенный огнеупорным кирпичом и теплоизоляционными материалами.

На внутренних боковых стенках печей размещены нагреватели.Примеры обозначения модели печи и расшифровка: СШЗ – 10.10/10 СНО – 8.16.5/10 СВС – 100/13 США – 8.24/7 1-я буква С – вид нагрева – печь электрическая, сопротивления и т.д. 2-я буква – основной конструктивный признак печи Ш – шахтная Н – камерная В – ванна и т.д. 3-я буква – характер среды при нагреве З – защитная О – окислительная С – соль, селитра А – азот и т.д. цифры – рабочее пространство печи (размеры в дециметрах), за дробью температура в сотнях градусов С. 3.Современные способы обработки металлов резаньем.

Сущность технологических процессов обработки на токарных станках.Элементы режимов резания при точении Резанье металлов – это обработка путем снятия стружки.

В процессе обработки рабочее движение сообщаемое заготовке и режущему инструменту обеспечивает снятие стружки нужных размеров. Способы обработки металла – 1)Точение 2) Сверление 3) Фрезирование 4)Строгание 5) Шлифование. Процесс резанья характеризуется 1) скоростью 2) площадь срезаемого слоя 3) машинное и штучное время.Для определения экономических характеристик резанья необходимо учитывать время затрачиваемое на процесс отделения стружки, время на подготовку заготовки и снятие готовой детали.

Режущий инструмент – разделяется на 2 группы 1) однолезвийный (резец) 2) многолезвийный (фреза, сверло) Производительность зависит от материала из которого он сделан. Материал режущего инструмента должен иметь свойства 1) износостойкость 2) твердость 3) сопротивление изгибу и удару 4) теплопроводность 5) красностойкость. Для изготовления применяются углеродистые и легированные стали.Область применения алмазного инструмента 1) шлифование 2) заточка режущего инструмента 3) разрезание высокопрочных материалов.

Для шлифования применяют круги из электрокорунда, они имеют огранисенные скорости резанья, превышение идет к разрушению. Резец – состоит из рабочей (лезвие) и крепежной части. С увеличением угла заострения повышается стойкость резца. При затуплении усиляется трение, повышается температура. Экономические характеристики – Надежность режущего инструмента определяется его стойкостью сохранять исходные размеры.Скорость затупления максимально зависит от температуры, для повышения надежности используется искусственное охлаждение.

В результате резанья резец принимает на до 40% общего количества теплоты, t резанья 800-1010. В результате ускоренное изнашивание инструментов. Оптимальный режим – сочетание элементов обеспечивающих качественное выполнение операций с наименьшими затратами труда. Основные элементы оптимизации: 1) скорость резанья 2) глубина резанья 3) технологическое время.Основными показателями машин являются: 1) технологичность 2) производительность 3) средняя наработка на отказ 4) Вероятность безотказной работы.

Для проектирования изделий используются ЭВМ, что позволяет повысить производительность расчетов, и снизить стоимость проектирования.ЗАКЛЮЧЕНИЕ Для развитых стран сегодня характерны насыщенность производства техникой и квалифицированной рабочей силой, наличие, емкого платежеспособного спроса на товары и услуги самого разнообразного назначения. Поэтому для увеличения производства готовых изделий нет необходимости наращивать выпуск металла, комплектующих изделий и т.д более того, численность станочного парка в ряде стран стала даже сокращаться.

Проходящая структурная перестройка нацелена на повышение качественных параметров производства и выпускаемых изделий, усиление ресурсосберегающего типа воспроизводства, интенсификацию народнохозяйственных процессов, ускоренное развитие новейших наукоемких отраслей. Структурные изменения происходят в отраслевом и воспроизводственном разрезах.

Структурные преобразования стали осуществляться на микроуровне — уровне подотраслей и видов производств — главным образом за счет качественных сдвигов внутри традиционных отраслей хозяйства.При этом ведущей отраслью материального производства остается промышленность и прежде всего машиностроение, где аккумулируются научно-технические достижения. Поэтому именно в ней наиболее заметна тенденция к снижению удельного веса сырья, энергоносителей, живого труда, в структуре промышленности стремительно растет доля новейших наукоемких отраслей.

Сохраняется тенденция сокращения доли добывающей промышленности (при росте затрат на разведку, бурение и добычу газа, нефти и т.д.). При этом в нее все больше проникают новейшие прогрессивные технологические процессы, внедряются микропроцессоры и микросхемы, которые оказывают громадное воздействие на структуру производства и способствуют массовому высвобождению из производственного процесса рабочей силы. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 1. Современные технологии в производстве газотурбинных двигателей под редакцией А.Г.Братухина, Г.К. Язова, Б.Е.Карасева.

М.: Машиностроение, 1997г. 410с. 2. Гарькавый А.А «Производство деталей авиационных двигателей». М.: Машиностроение, 1977г. 3. Гуляев А.П «Металловедение». М.: Машиностроение, 1988г. 4. Долотов Г.П Кондаков Е.А «Оборудование термических цехов и лабораторий испытания металлов». М.: Машиностроение, 1988г. 336с. 5. Электротермическое оборудование: Справочник под редакцией А.П. Альтгаузена.

М.: Энергия, 1980г. 416с. 6. Авиационные материалы. Справочник, тои I под редакцией Туманова А.Т ОНТИ, 1975. 7. арфеновская Н.Г Самоходский А.И. «Технология термической обработки металлов». 8. Филлипов С.А Фиргер И.А. «Справочник термиста». М.: Машиностроение, 1975г. 9. Башнин Ю.А Ушаков Б.К Секей А.Г. «Технология термической обработки стали». М.: Металлургия, 1986. 424с. 10. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов.М.1986 11. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов.

М.: Металлургия , 1993 12. Лившиц Металлография. М.: Металлургия ,1994.