Материал и заготовки. Основные этапы изготовления. Термическая обработка, ее роль и место в технологическом процессе.
О т ж и г (первого рода) — термическая операция, состоящая
в нагреве металла, имеющего неустойчивое состояние в результате пред-
шествовавшей обработки, и приводящая металл в более устойчивое
состояние.
О т ж и г (второго рода) — термическая операция, состоящая
из нагрева выше температуры превращения с последующим достаточно
медленным охлаждением для получения структурно устойчивого состо-
яния сплава.
З а к а л к а — термическая операция, состоящая в нагреве выше
температуры превращения с последующим достаточно быстрым охлажде-
нием для получения структурно неустойчивого состояния снлава.
О т п у с к — термическая операция, состоящая в нагреве закален-
ного сплава ниже температуры превращения для получения структурно
более устойчивого состояния сплава.
Кроме этих основных видов термической обработки имеются еще два
принципиально отличных способа, представляющих сочетание термиче-
ской обработки с металлургией или механической технологией.
Способность металлов растворять различные элементы позволяет при
повышенных температурах атомам вещества, окружающего поверхность
металла, диффундировать внутрь его, создавая поверхностный слой изме-
ненного состава. При этой обработке изменяется не только состав, но
и структура поверхностных слоев, а часто и сердцевины. Такая обработка
|
|
|
называется химико- термической обработкой (ХТО).
§ 1. Общие положения
Для получения большой твердости в поверхностном слое детали
с сохранением вязкой сердцевины, что обеспечивает износоустойчивость
и одновременно высокую динамическую прочность детали, применяют
поверхностную закалку или химико- терми-
ческую обработку. Поверхностная закалка выгодно отли чается от химико- термической обработки зна чительно меньшей продолжительностью про цесса.
При цементации происходит поверхностное насыщение стали угле-
родом, в результате чего получается высокоуглеродистый поверхностный
слой. Так как для цементации берут низкоуглеродистую сталь, то сердце-
вина остается мягкой и вязкой, несмотря на то что после цементации сталь
подвергается закалке.
Различают два вида цементации: твердую и газовую.
При твердой цементации детали запаковывают в ящик, наполнен-
ный карбюризатором — науглероживающим веществом. Карбюризато-
ром является древесный уголь с различными добавками. В ящике, в про-
межутках между кусочками угля, имеется воздух, кислород которого при
температуре процесса (900—950° С) соединяется с углеродом, образуя
окись углерода СО (образуется именно СО, а не СО г, из- за недостатка
|
|
|
кислорода).
При газовой цементации герметически закрытая камера печи напол-
нена цементирующим газом (чаще с определенной скоростью через нее
проходит газ). Время на прогрев ящика и карбюризатора при этом спо-
собе цементации не затрачивается, и скорость цементации (получение за-
данной глубины слоя) возрастет в тем большей степени, чем меньшей
глубины слой требуется получить.
Сейчас газовая цементация является для массового производства
основным процессом цементации, и только для мелкосерийного или еди-
ничного производства экономически целесообразен более простой способ
твердой цементации.
Газовая цементация производится в стационарных или методических
(непрерывно действующих) конвейерных печах. Цементирующий газ при-
готовляется отдельно и подается в цементационную реторту.
Цементирующими газами являются окись углерода и газообразные
углеводороды.
А з о т и р о в а н и е м называют процесс насыщения стали азотом.
По сравнению с цементацией, этот процесс применяют сравнительно
недавно.
Под цианированием понимают процесс одновременного насыщения
стали углеродом и азотом. Ведение процесса цианирования в расплавлен-
|
|
|
ных солях (жидких ваннах) обеспечивает большую производительность
процесса. Особые свойства стали, поверхностный слой которой насыщен
одновременно азотом и углеродом, обусловили внедрение этого процесса
в промышленность.
Цианирование может производиться в твердых, жидких и газообраз-
ных средах. Поэтому различают твердое, жидкое и газовое цианирование
(последнее иногда называют нитроцементацией).
Диффузионная металлизация — процесс диффузионного насыщения
поверхностных слоев стали различными металлами. При насыщении хро-
мом этот процесс называется хромированием, алюминием — алитиро-
ванием, кремнием — силицированием и т. д. Комбинированные процессы,
т. е. одновременное насыщение хромом и алюминием, или хромом и
вольфрамом, называют хромоалитированием, хромовольфрамированием
и т. д.
Выбор исходной заготовки.
Заготовкой называется предмет производства, из которого изменением формы , взаимного расположения , размеров, шероховатости поверхностей и ( или ) свойств материала изготовляют деталь или неразъёмную сборочную единицу.
Исходной заготовкой называется заготовка перед первой технологической операцией.
|
|
|
К заготовкам предъявляют следующие требования:
-приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам готовой детали, т.е уменьшение припусков на обработку и повышение их точности;
-технологичность конструкции заготовки;
-возможность применения наиболее прогрессивных методов получения;
-наличие удобных и надёжных технологических баз и поверхностей для транспортировки;
-равномерность припуска и твёрдости в партии заготовок.
Факторы, влияющие на выбор метода получения и конструкции заготовок.
-технологическая характеристика материала;
-конструктивная форма пов-тей и размеры заготовки;
-назначение и технические требования на изготовление;
-требуемая точность выполнения, шероховатость и качество пов-тей;
-тип производства, объём выпуска и сроки подготовки производства;
-технические возможности заготовительных цехов предприятия или возможность получения прогрессивных заготовок от специализированных предприятий;
-социальные условия, т.е безопасность работы, утомляемость, экологические факторы;
-суммарная себестоимость изготовления заготовки, изготовления из неё детали, сборки, транспортировки и эксплуатации изделия.
Методы и способы получения заготовок.
Основными видами заготовок для деталей явл-ся заготовки, полученные:
-литьём;
-обработкой давлением;
-резкой сортового и профильного проката;
-комбинированными методами;
-специальными методами.
Получение заготовок литьём.
По сравнению с другими методами получения заготовок литьё обладает рядом преимуществ:
-высокие коэффициенты использования металла и весовой точности;
-практически неограниченные габариты и масса отливок;
-возможность использования сплавов, не поддающихся пластическому деформированию и трудно обрабатываемых резанием.
Метод получения заготовок литьём в песчано- глинистые формы вследствие своей универсальности применяются во всех типах производства. Этим методом производится около 80…85 % литых заготовок. Могут быть получены самые сложные отливки, практически неограниченных размеров. Отливки имеют равномерную структуру и характеризуются хорошей обрабатываемостью резанием. Литейные уклоны составляют 1-3˚ для деревянных моделей, 1-2˚ -для металлических моделей при ручной формовке, при машинной -0,5-1˚.
К недостаткам этого метода относятся:
-большой расход металла и формовочных материалов;
-большие припуски на м/о;
- большие производственные площади;
-большие капитальные затраты для создания нормальных условий труда;
-значительное кол-во брака.
Литьё в постоянные металлические формы –кокили позволяет увеличить производительность и съём с производственных площадей, увеличить точность и уменьшить шероховатость пов-тей, уменьшить расход металла и формовочных материалов, припуски на м/о, улучшить мех-е свойства материала, уменьшить себестоимость отливок и кол-во брака.
Формы кокилей изготовляются из чугуна или стали литьём с последующей м/о. Применяется также литьё в облицованный кокиль.
Наибольшее применение для литья в кокиль получили цветные сплавы, имеющие более низкую температуру плавления, а следовательно, более высокую стойкость форм.
Стойкость кокилей составляет : при литье цветных сплавов – до 150 тыс. заливок, при литье чугуна – до 1-5 тыс. заливок, стали – не более 100-500 заливок.
К недостаткам литья в кокиль относятся:
-необходимость упрощения конфигурации отливок и увеличения толщины стенок полых отливок;
-затруднение выхода газов из формы, и как следствие – возможность образования газовых раковин;
-возможность появления отбелённого слоя на пов-ти чугунных заготовок.
Центробежное литьё применяется для получения отливок типа тел вращения ( труб, дисков, втулок, цилиндров, шпинделей) и фасонных отливок из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов.
Способ центробежного литья имеет несколько разновидностей : с вертикальной осью вращения, горизонтальной, наклонной , вертикальной, не совпадающей с осью отливки. Позволяет получить по сравнению с предыдущими способами более высокое качество структуры вследствие более организованного размещения атомов металла, меньший расход металла ( отсутствуют прибыли, литниковые системы), уменьшить кол-во брака – выход годного литья достигает 95% ( на – 20-60% больше, чем при литье в песчано- глинистые формы), снижение себестоимости изготовления отливок на 20-40%.
Недостатками явл-ся ограниченность конфигурации и размеров отливок, сложность формы для отливок сложной конфигурации.
Литьё под давлением позволяет получать точные отливки из цветных сплавов с малой шероховатостью и небольшой толщиной стенок, повышенную прочность отливок на 25-40% по сравнению с литьём в песчано- глинистые формы, уменьшить или полностью устранить припуски на обработку, осуществить высокую автоматизацию процесса, улучшить условия труда, сократить производственный цикл. Этим способом отливают заготовки деталей : корпуса карбюраторов, электромагниты, щиты малых электродвигателей и др.
Литьё под давлением производится на специальных литьевых машинах с горизонтальными или вертикальными камерами прессования; разновидностью литья под давлением явл-ся литьё с применением вакуума.
Недостатком способа явл-ся необходимость применения сложных форм и специального оборудования.
Литьё по выплавляемым моделям даёт возможность получать высокую точность и малую шероховатость поверхностей отливок, уменьшить внутренние напряжения в отливках или устранить совсем, получить минимальные припуски и улучшить условия труда.
Разновидностями способа явл-ся : литьё по растворяемым солевым моделям, литьё по выжигаемым моделям.
Недостатком данных способов явл-ся сложный технологический процесс получения отливок, требующий специального оборудования и специальной оснастки, длительный производственный цикл.
Литьё в оболочковые формы даёт по сравнению с литьём в песчано-глинистые формы более высокую точность и меньшую шероховатость поверхности, малые припуски на обработку, снижение трудоёмкости по всем элементам процесса, высокую производительность, уменьшение кол-ва формовочных смесей в несколько раз, улучшение условий труда, возможность внедрения комплексной автоматизации.
Оболочковые формы могут быть: песчано-смоляными, химически твердеющими и жидкостекольными.
Недостатки литья в оболочковые формы – дорогая и сложная оснастка, дорогие формовочные смеси, необходимость изготовления точных металлических моделей.
Заготовки , полученные штамповкой жидкого металла, обладают высокой плотностью структуры. Способ позволяет снизить расход металла в 1,5-3 раза по сравнению с литьём в песчано-глинистые формы, не требует дорогостоящего оборудования и оснастки.
Штамповка жидких металлов имеет несколько разновидностей:
-с кристаллизацией под поршневым давлением;
-выжиманием;
-вакуумное всасывание;
-непрерывное литьё и др.
Кроме приведённых выше способов литья существуют и другие, например, литьё в формы: гипсовые , песчано- цементные, кирпичные, шамотно- кварцевые, глинистые, каменные, керамические и др.
В 1988 г. введён в действие единый ГОСТ 26645-85 « Отливки из металлов и сплавов» на отливки, получаемые любым способом из чёрных и цветных металлов и сплавов. Данный стандарт устанавливает допуски размеров, формы, расположения и неровностей поверхности, допуски массы и припуски на обработку. Согласно ГОСТ 26645-85 точность отливки характеризуется четырьмя показателями:
-классом размерной точности ( 22 класса);
-степенью коробления (11 степеней );
-степенью точности поверхностей ( 22 степени);
-классом точности массы ( 22 класса).
Обязательному применению подлежат классы размерной точности и точности массы отливок.
Стандартом предусмотрено 18 рядов припуска отливок.
В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны нормы точности отливки в следующем порядке:
-класс размерной точности;
-степень коробления;
-степень точности поврхностей;
- класс точности массы;
-допуск смещения отливки.
Пример условного обозначения точности отливки 8-го класса размерной точности, 5-й степени коробления, 4-й степени точности поверхностей, 7-го класса точности массы с допуском смещения 0,8мм: Точность отливки 8-5-4-7 См 0,8 ГОСТ 26645-85.
В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны в нижеприведённом порядке значения номинальных масс детали, припусков на обработку. Технологических напусков и массы отливки.
Пример условного обозначения номинальных масс, равных для детали -20,35 кг, для припусков на обработку -3,15 кг, для технологических напусков – 1,35 кг, для отливки – 24, 85 кг.
Масса 20.35-3.15-1.35-24.85 ГОСТ 26645-85.
Для необрабатываемых отливок или при отсутствии напусков соответствующие величины обозначают «0». Например: Масса 20.35-0-0-20.35 ГОСТ 26645-85.
Заготовки, получаемые обработкой давлением.
Различают следующие способы получения заготовок обработкой давлением:
- ковка;
-штамповка ( горячая и холодная);
-специальные способы.
Все процессы обработки металлов давлением основаны на способности металлов в твёрдом состоянии устойчиво изменять формы и размеры под действием приложенных внешних сил, т.е пластически деформироваться. В процессе пластической деформации металл приобретает не только требуемую форму, но и меняет свою структуру и физико – механические свойства.
Способы получения заготовок давлением в основном явл-ся высокопроизводительными процессами, обеспечивают малые припуски и улучшенную структуру металла.
Материал, из которого получают заготовки давлением, должен обладать ковкостью: прочностью и пластичностью при высокой температуре. Ковкость в основном зависит от химического состава материала и его компонентов. Например, такие элементы , как хром, кремний, углерод и марганец- снижают , а никель – повышает ковкость. Наличие серы ( при температуре 800-900 град) вызывает явление красноломкости, фосфора ( более 0,03%) хладноломкости.
Ковка.
При ковке формообразование происходит вследствие свободного течения металла в стороны, перпендикулярные к движению формообразующего инструмента – бойка.
Ковкой заготовок на молотах и прессах получают поковки простой конфигурации с большой массой ( до 250т). Поковки имеют хорошую структуру металла по всему сечению, т.к течение металла не ограничивается инструментом, и он хорошо проковывается. Ковка не требует специального инструмента и оснастки.
Недостатком явл-ся низкая производительность , большая трудоёмкость, большие припуски и напуски на обработку, низкая точность. Для получения поковок более сложной конфигурации применяют подкладные кольца и штампы. Уменьшить припуски на обработку и снизить трудоёмкость позволяет применение радиально- ковочных машин. Однако область их применения ограничена только телами вращения.
В зависимости от массы поковок для ковки применяют: пневматические молоты, паровоздушные молоты , гидравлические прессы.
Горячая штамповка.
По сравнению с ковкой горячая объёмная штамповка имеет ряд преимуществ:
-более сложная форма поковки и лучшее качество поверхности;
-снижение припусков на обработку;
-экономия металла;
-повышение точности изготовления заготовок;
-уменьшение штамповочных уклонов за счёт наличия в конструкции штамповочного оборудования выталкивателей;
-повышение производительности труда;
-уменьшение трудоёмкости;
-улучшение условий труда.
К недостаткам горячей объёмной штамповки относится:
-дорогостоящая оснастка ( инструмент – штамп), что позволяет применять штамповку только при большом объёме выпуска деталей;
-ограничения по массе получаемых поковок;
-дополнительный отход металла в заусенец ( 10-30% от массы поковки);
-большие усилия деформирования , чем при ковке.
Применение унифицированных блоков штампов со сменными вставками и унификация другой оснастки дают возможность применения штампов даже в мелкосерийном производстве. Хороший эффект дают комбинированные способы изготовления заготовок: ковка и последующая штамповка и т.д.
Горячая объёмная штамповка подразделяется на различные виды в зависимости от типов штампов, оборудования , исходной заготовки, способа установки заготовки в штампе и т.п.
В зависимости от оборудования имеются следующие виды объёмной штамповки:
-на штамповочных паровоздушных молотах двойного действия;
-на кривошипных горячештамповочных прессах;
-на горизонтально- ковочных машинах (ГКМ);
-на гидравлических прессах;
-на высокоскоростных молотах;
-на специальных машинах ( ковочные вальцы, горизонтально- гибочные машины, ротационно-обжимные и радиально- обжимные машины, электровысадные машины, раскатные машины).
В зависимости от типа штампа штамповка подразделяется на следующие виды:
-в открытых штампах;
-в закрытых штампах;
-в штампах выдавливания.
Штамповка в открытых штампах характеризуется тем, что штамп в процессе деформирования остаётся открытым. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа явл-ся переменным, в него затекает ( выдавливается ) металл при деформировании, образуя заусенец. Основное назначение этого заусенца – компенсация колебаний исходных заготовок по массе. Этот тип штампа можно применять для деталей любой конфигурации. Однако наличие заусенца увеличивает расход металла, а для обрезки заусенца необходимо применение специальных обрезных прессов и штампов.
При штамповке в закрытых штампах ( безоблойная штамповка) штамп в процессе деформирования остаётся закрытым, т.е металл деформируется в закрытом пространстве. Отсутствие заусенца сокращает расход металла , отпадает необходимость в обрезных прессах и инструменте. Макроструктура поковок более качественная , т.к нет нарушения волокон, имеющих место при обрезке заусенца. Однако этот тип штампа применяется для простых деталей , в основном тел вращения.
Штамповка в штампах для выдавливания – наиболее прогрессивна. При этом снижается расход металла ( до 30%), повышается коэффициент весовой точности, повышается точность поковки и чистота поверхностей, производительность труда увеличивается в 1,5-2,0 раза.
Недостатки – высокие удельные усилия деформирования, большие энергозатраты и низкая стойкость штамповой оснастки. Применяются для заготовок с высокой пластичностью.
Штамповка на молотах улучшает точность заготовок, но явл-ся трудоёмким процессом. Большую трудность представляет центрирование половинок штампа относительно друг друга. Процесс плохо поддаётся автоматизации.
Штамповка на прессах ( кривошипных, гидравлических, фрикционных) за счёт применения выталкивателей позволяет уменьшить припуски на обработку, штамповочные уклоны в 1,5-2,0 раза по сравнению со штамповкой на молотах, улучшить условия труда, повысить производительность. Отсутствие ударов при работе уменьшает вибрации, повышает стойкость штампов, улучшает центрирование половинок штампов.
Штамповка на горизонтально- ковочных машинах (ГКМ), по сравнению со штамповкой на прессах и молотах. Обеспечивает возможность получения сложных поковок с глубокими полостями и отверстиями, получение заготовок высокого качества без облоя и штамповочных заусенец с небольшими припусками на обработку.
ГКМ представляют собой механический пресс, расположенный в горизонтальной плоскости. В отличие от штампов молотовых и прессовых штампы на ГКМ имеют два взаимно перпендикулярных разъёма и могут быть открытыми и закрытыми. Наличие двух разъёмов в штампе создаёт лучшие условия для выполнения высадочных работ и позволяет значительно уменьшить штамповочные уклоны ( наружные 15´ - 1 град, внутренние 30´-2 град), вплоть до их отсутствия.
Поковки, получаемые на ГКМ, обычно имеют форму тел вращения.
Недостатком явл-ся необходимость применения прутка ( проката) повышенной точности.
При разработке чертежа поковки пользуются ГОСТ 7505-89, данные которого распространяются на штампуемые детали массой до 250 кг, изготавливаемые горячей объёмной штамповкой из чёрных металлов на различных видах штамповочного оборудования.
При определении припусков и допускаемых отклонений размеров необходимо определить исходный индекс.
Исходный индекс – это условный показатель, учитывающий конструктивные характеристики ( класс точности, группу стали, степень сложности, конфигурацию поверхности разъёма) и массу поковки. Стандарт устанавливает 23 исходных индекса. Исходными данными для определения исходного индекса явл-ся:
-масса поковки;
-группа стали;
-степень сложности поковки;
-класс точности поковки.
Различают две категории сталей:
М1 – углеродистая и легированная сталь с содержанием углерода до 0,35% и легирующих элементов до 2%;
М2 – углеродистая сталь с содержанием углерода свыше 0,35 до 0,65% и легированная , за исключением указанной в группе М1.
Степень сложности поковки ( всего 4) определяют путём вычисления отношения массы ( объёма) поковки к массе ( объёму) геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки.
Стандарт предусматривает пять классов точности поковок.
На чертеже поковки должны быть указаны: исходный индекс, класс точности, группа стали и степень сложности поковки.
Холодная штамповка.
-объёмная холодная штамповка;
-листовая штамповка;
-штамповка на горизонтально- гибочных машинах;
-вальцовка;
-раскатка;
-накатка;
-калибровка.
Объёмная холодная штамповка делится на ряд видов:
- выдавливание;
-высадку;
-радиальное обжатие;
-редуцирование и др.
Этот способ формообразования устраняет потери металла и отходы в окалину, имеющие место при нагреве металла, обеспечивает получение более точных размеров заготовки и качество поверхности. В рез-те холодного деформирования в металле ликвидируются некоторые внутренние дефекты, обеспечивается однородность его структуры, происходит упрочнение поверхностного слоя.
Заготовки из пластмасс.
Пластмассы – неметаллические материалы, которые получают на основе высокомолекулярных соединений – полимеров.
Пластмассы, получаемые из искусственных и естественных смол и их смесей с различными веществами, можно формировать прессованием, литьём и выдавливанием. Они обладают ценными физико- механическими свойствами( стойкость к агрессивным средам, электротеплоизоляционные, антифрикционные и др), из них легко изготовить детали сложной конструкции.
Пластмассы применяют : для изготовления некрупных деталей ( пробок, заглушек, прокладок, вкладышей, зубчатых колёс, крыльчаток и др). Однако пластмассам свойственна низкая ударная вязкость, недостаточная прочность, невысокая теплостойкость, старение.
Основные положения к выбору оптимальной заготовки.
Выбранный способ получения заготовки должен быть экономичным, обеспечивающим требуемое качество детали, производительным, нетрудоёмким процессом.
Главным при выборе заготовки явл-ся обеспечение заданного качества готовой детали при её минимальной себестоимости.
Решение задач формообразования деталей целесообразно перенести на заготовительную стадию и тем самым снизить расходы материала, уменьшить долю затрат на механическую обработку в себестоимости готовой детали.
В первую очередь при выборе заготовки следует определить, каким методом наиболее целесообразно получить заготовку для данной детали. При этом надо ориентироваться на материал и требования к нему с точки зрения обеспечения служебных свойств детали. Далее, пользуясь качественной оценкой, наметить предварительно способ её получения.
Предварительно выбор материала и способа получения заготовки на основе экономических показателей может производиться по таблицам или графикам, приведенным в литературе. Графики показывают зависимость себестоимости получения заготовки от программы выпуска деталей и точности изготовления.
Окончательный выбор заготовки производится на основе экономических расчётов себестоимости получения заготовки и себестоимости её дальнейшей м/о.
По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения припусков, повышения точности размеров усложняется и удорожается технологическая оснастка заготовительного цеха и возрастает себестоимость заготовки, но при этом снижается трудоёмкость и себестоимость последующей м/о заготовки, повышается коэффициент использования материала. Заготовки простой конфигурации дешевле, т.к не требуют последующей трудоёмкой обработки и повышенного расхода материала.
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 43; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!