- •Раздел 1. Основы металлургического производства
- •1.1. Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
- •1.2. Общие сведения о металлургическом производстве
- •1.2.1. Основы производства черных металлов
- •1.2.1.2.4.1. Дуговая плавильная электропечь
- •1.2.1.2.4.2. Индукционная плавильная электропечь
- •1.2.2. Основы производства цветных металлов
- •Раздел 2. Технология литейного производства
- •2.1. Место, значение и перспективы развития литейного производства в машиностроении
- •2.2. Общая технологическая схема изготовления отливки
- •2.3. Способы получения отливок и факторы выбора способов
- •2.4. Поколения и разновидности литейных форм
- •2.5. Изготовление отливок в разовых толстостенных формах
- •2.5.1. Понятие об устройстве формы
- •2.5.2. Модельный комплект
- •2.5.3. Формовочные и стержневые смеси
- •2.5.4. Изготовление полуформы
- •2.5.5. Особенности изготовления стержней
- •2.5.6. Отделка полуформ и стержней и их сборка
- •2.5.7. Некоторые технологии изготовления форм
- •2.5.8. Заполнение форм расплавом
- •2.5.9. Удаление отливок из форм и стержней из отливок
- •2.5.10. Финишные операции обработки отливок
- •2.6. Изготовление отливок в разовых тонкостенных (оболочковых) формах
- •2.7. Другие методы литья по разовым моделям
- •2.8. Изготовление отливок в многократных формах
- •2.8.1. Изготовление отливок в металлических формах (кокилях)
- •2.8.2. Изготовление отливок в металлических формах под высоким давлением
- •2.8.3. Литьё выжиманием
- •2.8.4. Непрерывное литьё
- •2.8.5. Электрошлаковое литьё
- •2.9. Литьё под регулируемым давлением
- •2.10. Литьё намораживанием
- •2.11. Центробежное литьё
- •2.12. Суспензионное литье
- •2.13. Литейные сплавы
- •2.13.1. Понятие о литейных сплавах
- •2.13.2. Литейные свойства сплавов
- •2.13.3. Механические свойства
- •2.13.4. Физические и химические свойства
- •2.13.5. Технологические свойства
- •2.13.6. Эксплутационные свойства
- •13.7. Краткая характеристика литейных сплавов
- •2.13.8. Плавка литейных сплавов
- •2.14. Технологические требования к конструкции отливки
- •2.14.1. Общее понятие технологичности отливки
- •2.14.2. Некоторые основные требования к конструкции отливки
- •2.15. Основы проектирования технологии изготовления отливки
- •Раздел 3. Обработка металлов давлением
- •3.1. Общие сведения
- •3.1.1. Физические основы пластической деформации
- •3.1.2. Достоинства обработки металлов давлением
- •3.1.3. Влияние обработки давлением на структуру и свойства металлов и сплавов
- •3.2. Нагрев металла перед обработкой давлением
- •3.2.1. Выбор температурного режима обработки давлением
- •3.2.2. Нагревательные устройства
- •3.3. Виды обработки металлов давлением
- •3.3.1. Прокатное производство
- •3.3.2. Прессование
- •3.3.3. Волочение
- •3.3.4. Ковка
- •3.3.5. Объемная штамповка
- •3.3.6. Листовая штамповка
- •3.3.7. Специальные способы обработки давлением
- •Раздел 4. Технология сварочных процессов, пайки и склеивания
- •4.1. Физические основы сварки
- •4.1.1. Сущность образования сварного соединения
- •4.1.2. Общая характеристика сварных соединений
- •4.2. Сварка плавлением
- •4.2.1. Сущность процесса дугоВой сварКи
- •4.2.2. Электрическая дуга
- •4.2.3. Источники питания сварочной дуги
- •4.2.4. Ручная дуговая сварка
- •4.2.5. Автоматическая дуговая сварка под слоем флюСа
- •4.2.6. Дуговая сварка в защитных газах
- •4.2.7. Плазменная сварка
- •4.2.8. Электрошлаковая сварка
- •4.2.9. Электронно-лучевая сварка
- •4.2.10. Лазерная сварка
- •4.2.11. Газовая сварка
- •4.3. Сварка давлением
- •4.3.1. Основные способы контактной сварки
- •4.3.2. Машины для контактной сварки
- •4.3.3. Технология точечной и шовной сварки
- •4.3.4. Технология стыковой сварки
- •4.3.5. Конденсаторная сварка
- •4.3.6. Специальные виды сварки давлением
- •4.4. Физико - химические основы свариваемости
- •4.5. Технология сварки конструкционных материалов
- •4.5.1. Особенности сварки углеродистых сталей.
- •4.5.2. Особенности сварки легированных сталей.
- •4.5.3. Особенности сварки чугуна
- •4.5.4. Особенности сварки цветных сплавов
- •4.6. Технологичность сварных соединений
- •4.7. Пайка и Склеивание материалов
- •4.7.1. Пайка
- •4.7.2. Склеивание
- •Раздел 5. Технология производства изделий из порошков, полимеров, резин, композиционных и неорганических материалов
- •5.1. Порошковая металлургия
- •5.1.1. Основы технологии
- •5.1.2. Порошковые материалы
- •5.2. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (свс)
- •5.3. Полимеры
- •5.3.1. Строение и свойства полимеров
- •5.3.2. Технологии получения изделий
- •5.4. Композиционные материалы (км)
- •5.4.1. Композиты с металлической матрицей
- •5.4.2. Композиты с полимерной матрицей
- •5.4.3. Методы получения изделий из км
- •5.5. Резиновые изделия
- •5.6. Неорганические материалы
- •5.6.1. Неорганические стекла
- •5.6.2. Керамика
- •Раздел6. Технологические методы обработки деталей машин
- •6.1.Общие сведения
- •6.1.1. Методы обработки заготовок деталей машин
- •6.1.2. Точность и шероховатость обработки
- •6.2. Основы резания металлов
- •6.2.1. Движения при резании и схемы обработки
- •6.2.2. Характеристики резания и геометрия срезаемого слоя
- •6.2.3. Элементы токарного резца
- •6.2.4. Координатные плоскости резцов
- •6.2.5. Углы резца в статике
- •6.2.6. Физические основы процесса резания
- •6.2.7. Выбор режимов резания и пути повышения производительности
- •6.3. Материалы для изготовления режущего инструмента
- •6.4. Общие сведения о металлорежущих станках
- •6.4.1. Классификация металлорежущих станков
- •6.4.2. Кинематическая схема станка
- •6.5. Обработка на токарных станках
- •6.5.1. Метод точения
- •6.5.2. Токарно-винторезные станки
- •6.5.3. Токарно-карусельные станки
- •6.5.4. Токарно - револьверные станки
- •6.5.5. Токарные автоматы и полуавтоматы
- •6.6. Сверлильные и расточные станки
- •6.6.1. Инструмент для сверления и обработки отверстий
- •6.6.2. Типы сверлильных станков
- •6.7. Обработка на фрезерных станках
- •6.7.1. Метод фрезерования и типы фрез
- •6.7.2. Фрезерные станки общего назначения
- •6.7.3. Приспособления для фрезерных станков
- •6.8. Протягивание
- •6.8.1. Типы станков и их назначение
- •6.8.2. Режущий инструмент и схемы обработки
- •6.9. Процессы обработки резанием зубьев зубчатых колес
- •6.9.1. Методы профилирования зубьев зубчатых колес
- •6.9.2. Зуборезный инструмент
- •6.9.3. Технологические методы нарезания зубчатых колес
- •6.10. Резьбонарезание
- •6.10.1. Инструмент для образования резьбы
- •6.10.2. Нарезание резьб резцами и гребенками
- •6.10.3. Нарезание резьбы фрезами
- •6.10. 4. Нарезание резьб метчиками
- •6.10.5. Нарезание резьбы плашками
- •6.10.6. Резьбонарезные головки
- •6.10.7. Накатывание резьб
- •6.11. Абразивная обработка
- •6.11.1. Абразивные инструменты
- •6.11.2. Шлифование
- •6.11.3. Хонингование
- •6.11.4. Суперфиниширование
- •6.11.5. Полирование
- •6.11.6. Доводка
- •6.12. Электрические, химические и комбинированные методы обработки
- •6.12.1. Ультразвуковое резание
- •6.12.2. Обработка резанием с нагревом
- •6.12.3. Электроэрозионные методы обработки
- •6.12.4. Химические методы обработки
- •6.12.5. Лучевые методы обработки
- •6.13. Технологичность конструкции машин, механизмов и деталей
3.3. Виды обработки металлов давлением
В
Рис.
3.11. Схема прокатки:
1-
валки, 2- заготовка
Прокатка -деформирование металла вращающимися валками, для изменения формы, размеров поперечного сечения и увеличения длины заготовки (рис. 3.11). Прокатка заключается в обжатии заготовки 2 между вращающими валками 1. Силами трения Ртрзаготовка втягивается между валками, а силы Р,нормальные к поверхности валков, уменьшают поперечные размеры заготовки и увеличивают ее длину.
П
Рис.
3.12. Схема прессования:
1-
пуансон, 2- контейнер, 3- заготовка, 4-
матрица
В
Рис.
3.13. Схема волочения:
1-
волочильная матрица, 2- заготовка
Ковка- формоизменение нагретой заготовки рабочими поверхностями универсального инструмента (бойков) при свободном течении металла в стороны (рис. 3.14). Ковкой изменяют форму и размеры заготовки 1 за счет многократного последовательного воздействия бойками 2 на отдельные участки заготовки.
О
Рис.
3.14. Схема ковки:
1-заготовка,
2- бойки
Рис.
3.15. Схема объемной штамповки:
1-
заготовка, 2,3- верхняя и нижняя части
штампа
Рис.
3.16. Схема листовой штамповки:
1-
заготовка, 2- пуансон, 3- матрица
Листовой штамповкойполучают плоские и пространственные полые детали из заготовок, у которых толщина значительно меньше размеров в плане (лист, лента, полоса) (рис. 3.16). Обычно заготовка 1 деформируется с помощью пуансона 2 и матрицы 3.
3.3.1. Прокатное производство
Вид обработки металлов давлением, называемый прокаткой, заключается в деформировании металла вращающимся инструментом (валками). Металл при этом может быть нагретым или холодным. Валки бывают гладкими (для прокатки листов и лент), а также калиброванными. Во втором случае на рабочей поверхности валков имеются вырезы в соответствии с требуемой формой (профилем) прокатываемого изделия. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными. Прокатка позволяет увеличить длину и ширину заготовки, а также изменить форму и размеры ее поперечного сечения.
В настоящее время до 80% всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов прокатывают. Продукцией прокатного производства являются заготовки для машиностроения, строительства и других отраслей промышленности. Основными достоинствами технологического процесса прокатки являются высокая производительность, высокое качество поверхности при холодной обработке металла, возможность прокатывания изделий широкого диапазона, как по форме поперечного сечения, так и по массе.
3.3.1.1 ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОКАТКИ
Выделяют три основных вида прокатки: продольную, поперечную и поперечно-винтовую (косую) (рис. 3.17).
Рис. 3.17. Виды прокатки:
1 – валок, 2- заготовка,
а – схема продольной прокатки, б – схема поперечной прокатки,
в – схема поперечно-винтовой (косой) прокатки
При продольной прокатке(рис. 3.17, а)заготовка 2 деформируется между двумя валками 1, вращающимися в разные стороны, и перемещается при этом перпендикулярно к осям валков.
При поперечной прокатке(рис. 3.17, б)валки 1 вращаются в одном направлении и оси их параллельны. Заготовка 2 размещается параллельно осям валков в зазоре между ними. Это вызывает вращение заготовки и ее деформирование. Длина заготовки должна быть меньше длины валков.
При поперечно-винтовой (косой) прокатке(рис. 3.17, в) оси валков 1 скрещиваются (располагаются под углом друг к другу). Вращаются валки в одном направлении. Заготовка 2 подается вдоль осевого раствора валков. В этой связи заготовке при деформировании сообщается вращательное и поступательное движения. Длина заготовки в этом случае может быть больше длины валков.
При любом виде прокатки металл непрерывно втягивается в зазор между валками под действием сил трения. Для осуществления процесса прокатки необходимо наличие определенной величины этих сил трения. Зависят же они от величины зазора между валками, их диаметра, типа материала заготовки и температуры процесса.
При прокатке уменьшается толщина заготовки при одновременном увеличении ее длины и ширины. Площадь поперечного сечения заготовки в процессе прокатки также уменьшается. Величина изменения площади является одной из основных характеристик процесса прокатки и называется вытяжкой. Таким образом, вытяжка является показателем деформации при прокатке.
,
где lН,FH- первоначальные длина и площадь поперечного сечения заготовки;lК, иFК —те же величины после прокатки.
Вытяжка при прокатке обычно составляет 1,1 … 1,6 за проход, но может быть и больше.
3.3.1.2. ПРОДУКЦИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
В прокатном производстве совокупность форм и размеров поперечных сечений изделий называют сортаментом, саму же форму поперечного сечения называютпрофилем.В настоящее время почти весь сортамент проката изготовляется в соответствии с государственным стандартом (ГОСТом). В этом случае площадь поперечного сечения, его размеры, масса 1 м длины профиля и допустимые отклонения от номинальных размеров строго заданы. В сортаменте продукции прокатного производства выделяют четыре основные группы: сортовой прокат, листовой прокат, трубы и специальные виды проката.
С
Рис.
3.18. Профили сортового проката
Цветные металлы и их сплавы прокатывают преимущественно на простые профили - круглый, квадратный, прямоугольный.
Листовую сталь разделяют на толстолистовую (толщиной 4 … 160 мм) и тонколистовую (толщиной менее 4 мм). Листы толщиной менее 0,2 мм называют фольгой. Листовую сталь делят в зависимости от ее назначения на автотракторную, электротехническую, судостроительную и т. д. Листовая сталь может также изготавливаться с оловянным, цинковым, алюминиевым и пластмассовым покрытиями. Изделия из холоднокатаной стали имеют более высокую точность и менее шероховатую поверхность, чем из горячекатаной.
Т
Рис.
3.19. Специальные виды проката
Специальные виды проката (рис. 3.19) — колеса, кольца, оси, втулки, шары, сверла, зубчатые колеса, винты с крупной резьбой, профили с периодически изменяющейся формой и площадью поперечного сечения вдоль оси заготовки и т. п. — получают на деталепрокатных станах, при этом достигается большая производительность при экономном расходовании металла.
3.3.1.3. ИНСТРУМЕНТ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОКАТКИ
Основным инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими (рис. 3.20, а),калиброванными (ручьевыми) (рис. 3.20, б) и специальными. Гладкие валки применяют при прокатке листов, полос и т. п. На калиброванных валках прокатывают все виды сортового проката. Специальные валки используются при производстве специальных видов проката.
Валки имеют рабочую часть (бочку) 1, две шейки 2 для установки в подшипниках и крестообразные концы (трефы) 3 для соединения валка с приводом (рис. 3.20).
На рабочей (боковой) поверхности калиброванных валков имеются канавки - ручьи. Совокупность ручьев пары валков называется калибром.На каждой паре валков обычно размещается несколько калибров. Калибры могут быть открытыми (рис. 3.20, в) и закрытыми (рис. 3.20, г).
В
Рис.
3.20. Прокатные валки и типы калибров:
1—
гладкая бочка, 2— шейка, 3— треф, 4—
бочка с ручьями,
а
-гладкий валок, б — ручьевой валок,
в — открытый калибр, г —закрытый
калибр
В зависимости от конструкции и расположения валков рабочие клети прокатных станов подразделяют на шесть групп (рис. 3.22): дуо, трио, кварто, многовалковые, универсальные и специальной конструкции.
К
Рис.
3.21. Устройство прокатного стана:
1-
рабочая клеть, 2- валок, 3- нажимной
механизм, 4- трефовые муфты, 5- шпиндели,
6- шестеренная клеть, 7- редуктор, 8-
электродвигатель
П
Рис.
3.22. Типы рабочих клетей прокатных
станов:
а-
дуо, б- трио, в- кварто, г- многовалковые,
д- универсальные, г- специальные
Обжимные станыпредназначены для обжатия стальных слитков в крупные заготовки. К обжимным станам относятся блюминги, производящие заготовки квадратного профиляблюмы и слябинги, производящие прямоугольный прокатслябы.
Заготовительные станыиспользуют для прокатки блюмов в сортовые заготовки, преимущественно квадратного сечения, которые в дальнейшем используются для проката на сортовых станах.
Рельсо-балочные станыслужат для получения из блюмов рельсов, крупных балок, швеллеров и других профилей.
Сортовые станы,применяют для изготовления сортового проката простого и фасонного профиля.
Проволочные станыпредназначены для прокатки проволоки диаметром 5 … 10 мм.
Листопрокатные станы,подразделяют на толстолистовые и тонколистовые. Толстолистовые станы прокатывают лист толщиной более 6 мм. Заготовкой являются слябы.
Трубопрокатные станыприменяют для производства бесшовных и сварных труб.
Специальные станыпредназначены для получения заготовок специального и периодического профилей. На специальных станах прокатывают шарики, ребристые трубы, вагонные оси, зубчатые колеса и много других изделий сложной конфигурации.
3.3.1.4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ОСНОВНЫХ ВИДОВ ПРОКАТА
Основным оборудованием прокатных цехов являются прокатные станы. Заготовку в прокатном производстве называют полосой.
Схема расположения технологического оборудования прокатного стана зависит от вида выпускаемой продукции. На рис. 3.23 приведена схема производства изделий сортового проката. Исходной заготовкой в этом случае является стальной слиток массой до 60 т. Слиток нагревают в нагревательных колодцах 1 и подают на слитковоз, который привозит и укладывает слиток 2 на приемный рольганг блюминга 3. После прокатки на блюминге получают полупродукт квадратного сечения (от 140х140 до 400х400 мм), называемый блюмом 4. Блюм, двигаясь по рольгангу, проходит машину огневой зачистки, где производится зачистка поверхностных дефектов, и подается к ножницам, где режется на мерные заготовки. Далее блюм поступает (иногда после дополнительного нагрева) на заготовочный стан 5, где производится прокатка на блюмы сечением от 50х50 до 150х150 мм, и затем - непосредственно на сортопрокатный стан. Для получения требуемого профиля заготовка проходит ряд клетей с калиброванными валками. На рис. 3.23 представлено полунепрерывное расположение клетей сортопрокатного стана. В первой группе (6, 7, 8) заготовка прокатывается непрерывно, т.е. находится в них одновременно, а во второй группе (9, 10) осуществляется последовательная прокатка.
На сортовых станах заготовка последовательно проходит через ряд калибров. Разработка системы последовательных калибров, необходимых для получения того или иного профиля, является сложной задачей. Число калибров зависит от сложности профиля и разности размеров поперечных сечений исходной заготовки и конечного изделия. Так для получения рельсов необходимо пропустить полосу через систему из девяти калибров (рис. 3.24).
Рис. 3.23. Схема производства сортового проката:
1- нагревательный колодец, 2- слиток, 3- блюминг, 4- блюм, 5- заготовочный стан, 6,7,8,9,10- клети сортопрокатного стана
Полученный прокат требуемого профиля разрезают на заданную длину, охлаждают, правят в холодном состоянии, обрабатывают термически и удаляют поверхностные дефекты.
Технология производства листового проката аналогична. Нагретый слиток прямоугольного сечения обрабатывают на обжимных и заготовительных станах. Далее полосу прокатывают в многовалковых клетях листопрокатных станов.
Рис. 3.24. Калибры для прокатки рельсов
Т
Рис.
3.25. Схема прошивки заготовки:
1-
валки; 2- заготовка; 3- оправка
Для получения из
пустотелой гильзы готовой трубы ее
прокатывают на пилигримовом стане (рис.
3.26, а). Рабочие валки 3 пилигримового
стана вращаются в разные стороны с
одинаковой скоростью. При этом направление
вращения валков противоположно
направлению подачи заготовки 1. Профиль
валков переменный, вследствие чего
сечение калибра, имеющего форму
окружности, непрерывно изменяется при
каждом обороте валков. При максимальном
размере калибра заготовка с оправкой
2 продвигается в валки на величину
подачи. Зев к
Рис.
3.26. Схема прокатки труб на пилигримовом
стане:
1-
заготовка; 2- оправка; 3- валки;
а-
подача гильзы; б- обжатие гильзы
Существуют и другие способы прокатки труб, в частности автоматический трубопрокатный стан.
Сварные трубы, диаметр которых достигает 2500 мм, значительно дешевле бесшовных, но менее прочны и долговечны. Для изготовления сварных труб используют плоские горячекатаные полосы (штрипсы), свернутые в рулон 1 (рис. 3.27). Для обеспечения непрерывности процесса передний конец штрипса сваривается с задним концом предыдущего рулона.
Рис. 3.27. Схема производства труб непрерывной печной сваркой:
1- рулон заготовки, 2- правúльная машина, 3- нагревательная печь, 4- формовочно- сварочный стан, 5,6- обжимные клети
Процесс состоит
из операций свертывания заготовки в
трубу, сварки, калибровки, отделки и
правки. Подача концов штрипсов к месту
сварки производится при помощи тянущих
роликов листоправильной машины 2.
Непрерывный штрипс проходит через
нагревательную печь тоннельного типа
3, где нагревается до температуры 1320 …
1400 °С. По выходе из печи с поверхности
штрипса удаляют окалину (сжатым воздухом).
Непосредственно за печью устанавливают
многоклетьевой формовочно - сварочный
стан 4, в клетях которого штрипс
сворачивается в полный круг по схеме
показанной на рис. 3.28. Затем кромки
сжимаются и свариваются. В последующих
клетях 5,6 происходит обжатие трубы до
требуемого размера. Для сварки труб
п
Рис.
3.28. Последовательность процесса
свертывания полосы в трубу в шести
клетях непрерывного стана
В настоящее время большое распространение получил также способ изготовления труб свертыванием полосы по спирали.
Т
Рис.
3.29. Схема прокатки периодического
профиля:
1-
щуп; 2- копировальная линейка; 3- каретка
натяжного устройства; 4- валки; 5- заготовка
Н
Рис.
3.30. Схема прокатки шаров в стане
поперечно-винтовой прокатки:
1-
заготовка; 2,4- валки; 3- центрирующие
упоры