2. Содержание дисциплины
2.1. Металлургическое производство
Состояние современного машиностроения и приборостроения зависит от уровня развития металлургического производства. Поэтому, прежде всего, уясните, какие производства включаются в металлургическое производство, их современное состояние и перспективы.
Для производства черных и цветных металлов и сплавов используют металлургические руды, флюсы, топливо и огнеупорные материалы. Обратите внимание на руды, применяемые при выплавке сплавов, их состав и подготовку к плавке.
Ознакомьтесь с материалами, используемыми в качестве флюсов при производстве чугуна и стали. Уясните выбор флюсов (кислых или основных) в зависимости от применяемых в производстве плавильных печей и управление процессами удаления вредных примесей из расплавов.
Основной вид металлургического топлива − кокс. Из других видов топлив обратите внимание на природный и доменный газы, которые используют в металлургии.
Чугун выплавляют в высокопроизводительных агрегатах − доменных печах. Изучите устройство доменной печи и принцип ее работы. При сгорании кокса в доменной печи выделяется теплота. Газовый поток, поднимаясь вверх, прогревает шихту до температуры 570 °С, при которой и начинается процесс восстановления оксидов железа.
Рассматривая процессы доменной плавки, уясните химические реакции горения топлива, процессы восстановления оксидов железа, кремния, марганца, фосфора и серы, процессы образования чугуна и шлака, выпуск чугуна и шлаков из доменной печи.
Процесс производства стали основан на снижении процентного содержания углерода и примесей, имеющихся в передельном чугуне, и переводе их в шлаки и газы в процессе плавки.
Ознакомьтесь с устройством и принципом работы мартеновских печей. Особое внимание уделите производству стали скрап-рудным процессом как наиболее экономичным.
Кислородно-конверторный процесс − наиболее экономичный способ производства стали. Ознакомьтесь с устройством современных кислородных конверторов и принципом их работы.
Изучая производство высококачественных инструментальных и высоколегированных сталей в дуговых электрических печах, ознакомьтесь с их устройством и принципом работы.
По степени раскисленности стали делят на спокойные, кипящие и полуспокойные. Запомните разницу между ними.
Производство меди. Основной способ производства меди − пирометаллургический. Обратите внимание на применяемые исходные материалы и их подготовку; рассмотрите сущность пирометаллургического способа производства меди, обращая внимание на химические реакции восстановления меди при выплавке штейна и его конвертирование при получении черновой меди. Уясните сущность огневого и электролитического рафинирования черновой меди, обратив внимание на возможности попутного извлечения из меди примесей благородных металлов (золота, платины, серебра) и других ценных элементов (селена, теллура, германия).
Конструкционные порошковые материалы. Порошковыми называют материалы, изготовляемые путем прессования металлических порошков в изделия необходимой формы и необходимых размеров с последующим спеканием сформованных изделий в вакууме или защитной атмосфере при температуре 0,75…0,80 от температуры плавления.
Антифрикционные порошковые сплавы имеют низкий коэффициент трения, легко обрабатываются, выдерживают значительные нагрузки и имеют хорошую износостойкость. Наибольшее применение получил материал ФМК-11.
Сплавы на основе цветных материалов (АЛП-2, АЛПД-2-4, БрПБ-2, ЛП58Г2-2 и др.) применяют в приборостроении и электронной технике.
Применение порошковых материалов рекомендуется при изготовлении деталей простой симметричной формы, малых масс и размеров.
2.2. Общая характеристика литейного производства
Основная продукция литейного производства − сложные (фасонные) заготовки деталей, называемые отливками. Отливки получают заливкой расплавленного металла в литейную форму, внутренняя рабочая полость которой имеет конфигурацию отливки. После затвердевания и охлаждения отливку извлекают из литейной формы. При этом форму разрушают (разовая литейная форма) или разбирают на части для повторного использования (многократная литейная форма).
Отливки получают литьем в песчаную литейную форму, в оболочковую литейную форму, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежным литьем и другими способами. Выбор способа литья определяется его технологическими возможностями и технико-экономическими показателями.
Наиболее универсальным, но менее точным, является способ литья в песчаную форму. Специальными методами литья получают отливки повышенной точности, более высокого класса шероховатости поверхности и с минимальными припусками на механическую обработку.
Основное достоинство формообразования заготовок литьем, которое выгодно отличает его от других методов формообразования заготовок, − возможность получения разнообразных по массе заготовок практически любой сложности непосредственно из жидкого металла.
Общая характеристика обработки металлов давлением. Обработке давлением подвергают более 90 % выплавляемой стали и большую часть цветных металлов и сплавов. При этом получают изделия, различные по назначению, массе, сложности, причем, не только в виде заготовок для последующей механической обработки, но и в виде готовых деталей с высокой точностью и низкой шероховатостью.
Процессы обработки давлением очень разнообразны. Обычно их объединяют в шесть видов:
- прокатка, прессование и волочение − для получения изделий постоянного поперечного сечения по длине;
- ковка, объемная штамповка и листовая штамповка − для получения деталей или заготовок, имеющих форму, приближенную к форме готовых деталей.
Изучая виды обработки металлов давлением, особое внимание следует уделить технологическим возможностям и областям их применения. Пластическое деформирование − высокопроизводительный процесс с малым количеством отходов и возможностью повышения механических свойств металла.
2.3. Технологические процессы размерной обработки деталей машин
рассмотрим современные и прогрессивные технологические методы формообразования поверхностей деталей машин точением, сверлением, фрезерованием, протягиванием, шлифованием, отделочными, электрофизическими и другими методами обработки. Методы обработки определяют точность изготовления, шероховатость поверхности и физико-механические свойства поверхностного слоя деталей, которые имеют большое значение для достижения высоких эксплуатационных показателей изделий, определяющих надежность машин. Отметим, что чем выше требования, предъявляемые к точности и качеству поверхностей, тем длительнее процесс обработки заготовки и сложнее технологический процесс изготовления детали.
Одной из задач машиностроения является развитие, совершенствование и разработка новых технологических методов обработки заготовок и деталей машин.
Ознакомьтесь с условной классификацией технологических методов обработки заготовок деталей машин, которые наиболее широко применяют в промышленности.
При изучении любого технологического метода обработки заготовки или детали обратите внимание на единые требования его изложения: физическая сущность метода, возможности и области рационального использования, оценка качества обрабатываемых поверхностей, перспективы совершенствования и развития. Методы обработки рассматриваются в совокупности с оборудованием, инструментами и оснасткой. Уделите внимание технологичности конструкций деталей машин, проектируемых с учетом технологических методов их обработки.
2.4. Сварка − технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.).
Для образования качественных соединений необходимо предварительно очистить свариваемые поверхности от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов.
Классификация видов сварки. В зависимости от характера вводимой энергии все сварочные процессы (сварку, пайку, резку) можно отнести к термическим, термомеханическим и механическим методам.
При термических методах сварки с помощью внешнего источника нагрева кромки расплавляются, образуя так называемую сварочную ванну. После прекращения поступления теплоты к сварочной ванне (удаление источника теплоты или его отключение) происходит быстрое охлаждение с максимальным теплоотводом в стенки ванны и последующая кристаллизация расплавленного металла. Процесс кристаллизации заканчивается образованием монолитного шва, который связывает свариваемые детали в единое целое.
При механических методах сварки необходимо приложить давление, под влиянием которого в месте сварки возникают значительные упругопластические деформации, вызывающие разрушение оксидной пленки, смятие микронеровностей, обеспечение физического контакта и образование между атомами прочных связей, соответствующих связям при расстоянии между ними, равном параметру кристаллической решетки. При термомеханических методах сварки металл в месте соединения деталей нагревается от внешних источников теплоты до температуры плавления или пластического состояния. Нагревание позволяет снизить удельное давление, уменьшить величину минимальной относительной деформации, необходимой для сварки.
В соответствии с термодинамическим определением процессов сварки основными признаками для их классификации должны служить: форма вводимой энергии, наличие давления и вид инструмента − носителя энергии, на основании чего классифицируются виды сварки (см. таблицу).
Кроме того, сварку классифицируют и по другим признакам:
а) способу защиты металла в зоне сварки (сварка на воздухе, в вакууме, в защитном газе, под флюсом и т. п.);
б) непрерывности сварки (непрерывные и прерывистые, т. е. импульсные процессы);
в) степени механизации (ручная, механизированная, автоматическая);
г) технологическим признакам (вид электрода или дуги, род сварочного тока, полярность, тип и количество электрических дуг и т. п.).
В настоящее время около 70% всех сварочных работ выполняются методами плавления. Для плавления применяют следующие источники теплоты: дуговые, плазменно-дуговые, электронно- и ионно-лучевые, световые, индукционные, электрошлаковые и др.
Классификация видов сварки
Виды сварки |
Класс сварки |
||
Термический |
Термомеханический |
Механический |
|
Дуговая |
Контактная |
Холодная |
|
Электрошлаковая |
Диффузионная |
Взрывом |
|
Электронно-лучевая |
Индукционно-прессовая |
Ультразвуковая |
|
Плазменная |
Газопрессовая |
Трением |
|
Ионно-лучевая |
Дугопрессовая |
Магнитно-импульсная |
|
Тлеющим разрядом |
Шлакопрессовая |
|
|
Световая |
Термокомпрессионная |
|
|
Индукционная |
Печная |
|
|
Газовая |
|
|
|
Термитная |
|
|
|
Литейная |
|
|
|
2.5. Пайка – процесс получения неразъемного соединения заготовок без их расплавления путем смачивания поверхностей жидким припоем с последующей его кристаллизацией. Расплавленный припой затекает в специально создаваемые зазоры между деталями и диффундирует в металл этих деталей. Протекает процесс взаимного растворения металла деталей и припоя, в результате чего образуется сплав, более прочный, чем припой. Образование соединения без расплавления основного металла обеспечивает возможность распая соединения.
Качество паяных соединений (прочность, герметичность, надежность и др.) зависят от правильного выбора основного металла, припоя, флюса, способа нагрева, типа соединения.
Припой должен хорошо растворять основной металл, обладать смачивающей способностью, быть дешевым и недефицитным. Припои представляют собой сплавы цветных металлов сложного состава с различными температурами плавления.
Припои изготавливают в виде: прутков, листов, проволок, полос, спиралей, дисков, колец, зерен. Припой укладывают в места спая деталей. При пайке применяются флюсы для защиты места спая от окисления при нагреве сборочной единицы, обеспечения лучшей смачиваемости места спая расплавленным металлом и растворения металлических окислов. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя. Флюсы могут быть твердые, пастообразные и жидкие. Для пайки наиболее применимы флюсы: бура, плавиковый шпат, борная кислота, канифоль, хлористый цинк, фтористый калий.
Пайку точных соединений производят без флюсов в защитной атмосфере или в вакууме.
В зависимости от способа нагрева различают пайку газовую, погружением (в металлическую или соляную ванну), электрическую (дуговая, индукционная, контактная), ультразвуковую.
В единичном и мелкосерийном производстве применяют пайку с местным нагревом посредством паяльника или газовой горелки.
В крупносерийном и массовом производстве применяют нагрев в ваннах и газовых печах, электронагрев, импульсные паяльники, индукционный нагрев, нагрев токами высокой частоты.
Процесс пайки включает: подготовку сопрягаемых поверхностей деталей под пайку, сборку, нанесение флюса и припоя, нагрев места спая, промывку и зачистку шва.
Детали для пайки тщательно подготавливаются: их зачищают, промывают, обезжиривают.
При возможности предусматриваются средства механизации – полуавтоматы и автоматы для газовой, электрической пайки.
КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Методические рекомендации к выполнению
и оформлению контрольных работ
Студенты, обучающиеся в вузе по заочной форме, выполняют контрольные работы.
Контрольные работы представлены в 10 вариантах, студенты выполняют тот вариант, номер которого соответствует последней цифре шифра зачетки студента. Если номер шифра оканчивается нулем, выполняют десятый вариант задания.
Контрольная работа выполняется в отдельной тетради или на листах формата А4 с последующим брошюрованием. Работу следует выполнять в порядке ответов на поставленные вопросы варианта. Ответы должны быть краткими, точными и не повторять текст учебника или учебных пособий, при необходимости они должны иллюстрироваться рисунками и таблицами.
Графические работы выполняют, соблюдая ГОСТы и требования ЕСКД. На страницах текста заданий оставьте поля для замечаний рецензента. Страницы и рисунки пронумеруйте. В конце выполненного контрольного задания приведите список использованной литературы, укажите дату выполнения работы и поставьте свой шифр и подпись.
После рецензирования работы изучите замечания рецензента и приведите на них письменные ответы в конце тетради. Исправления в тексте рецензии не допускаются. Если работа не зачтена, то после ответа на замечания она посылается на повторное рецензирование.