Тема 4. Порошковая металлургия заготовок и деталей машин

Рассматривая порошковую металлургию как технологический метод, надо отметить его основную особенность - применение исходного сырья в виде порошков. Основные этапы этого метода: получение и подготовка по­рошков, формообразование изделия прессованием, термическая обработка или спекание спрессованных изделий. При этом технологический процесс на каждом этапе формирует определенные свойства получаемых изделий. На­пример, на первом этапе - текучесть, прессуемость, спекаемость и влияние на них различных факторов. Основные способы формирования изделий из по­рошков - прокатка и прессование, имеющие ряд разновидностей. Обратите внимание на положительные и отрицательные стороны способов прессова­ния, так как от этого зависят особенности конструкции деталей. Завершаю­щая операция - спекание изделий производится для получения необходимой прочности изделий. Технология порошковой металлургии позволяет полу­чать детали с уникальными свойствами: твердостью и износостойкостью, специальными электрическими и электромагнитными свойствами, с низким или высоким коэффициентами трения, высокой пористостью.

Литература: [1, разД 8, гл. I, § 1-4].

Тема 5. Технологические основы пайки

Наряду со сваркой широко применяют другой вид соединения - пайку, при котором расплавляется только припой, смачивая нерасплавляемыекромки заготовок. Изучите современные механизированные способы пайки; «твердые» и «мягкие» припои; особенности конструирования паяных соеди­нений и типовую номенклатуру паяных конструкций.

Литература: [I, разд. 5, гл. VI, § 1, 2].

Контроль качества сварных и паяных соединений. Сварка и пайка яв­ляются завершающей операцией изготовления конструкции, определяющей ее надежность. Поэтому применимость сварки во многом зависит от досто­верности контроля сплошности соединений. Изучите основные методы не-разрушающего контроля сплошности и принципы их выбора для контроля сварных соединений и стандартные методы оценки механических свойств со­единений.

Литература: [1. разд.5, гл. VII.'8 I, 2].

ВЫПОЛНЕНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

Студенты, обучающиеся в университете заочно, выполняют контроль­ные задания в соответствии с учебным планом КГТУ им A. H. Туполева по

23

специальности 120100. Далее приведены два контрольных задания: первое - по. темам 1 и 2, второе — по теме 3.

Каждое контрольное задание состоит из 10 вариантов» Выполняют тот ва­риант, номер которого соответствует последней цифре шифра студента. Если номер шифра оканчивается нулем, выполняют десятый вариант задания.

Контрольное задание выполняется в отдельной тетради объемом 10-12 листов в виде ответов на поставленные вопросы варианта. Ответы должны быть краткими, точными и не повторять текст учебника или учебных пособий. Выпол­няя расчеты, вначале приводят буквенное выражение с указанием смыслового значения входящих в него параметров, а затем подставляются цифровые величи­ны и выполняется расчет с точностью до одного знака после запятой.

Графические работы выполняют карандашом с использованием чертежных инструментов, соблюдая ГОСТы и требования ЕСКД. Прилагать к выполненным работам фотографии и другие копии из учебников не разрешается.

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 посы­лаетсяна повторное рецензирование.

Порядок выполнения контрольного задания 1

Первый вопрос вариантов контрольного задания относится к теме 1 и име­ет обобщенный характер. Чтобы ответить на него, следует изучить тему и мето­дические указаниям ней.

Второй вопрос относится к теме 2. Чтобы ответить на него, необходимо изучить теоретические основы производства отливок, технологичность конст­рукций литых деталей, а также специальные методы литья. Внимательно озна­комьтесь с методическими указаниями к теме 3.

Варианты контрольного задания 1

Вариант 1

1. Перечислите и нарисуйте виды продукции прессового производства, а также исходные заготовки. Опишите инструменты и оборудование прессового производства, дайте их схемы.

2. Перечислите основные литейные свойства сплавов. Дайте их характери­стику. Укажите влияние литейных свойств сплавов на качество отливок. Опиши­те, к каким дефектам приводят низкие показатели литейных свойств и какие тех­нологические меры используют для предупреждения образования дефектов.

24

Вариант 2

1. Перечислите способы повышения качества металла (стали). Опиши­те их подробно, приведите их схемы и дайте сравнительную характеристику способов.

2. Опишите современное состояние, места и значение литейного произ­водства в машиностроении. Приведите классификацию способов изготовле­ния отливок, объем их применения и степень полезного использования ме-талла. Дайте диалектику развития литейного производства. Охарактеризуй­те роль отечественных ученых в развитии литейного производства.

Вариант 3

1. Перечислите и нарисуйте виды продукции прокатного производства, а также исходные заготовки. Опишите инструменты и оборудование про­катного производства, дайте их схемы.

2. Охарактеризуйте тепловое, силовое и физико-химическое взаимодей­ствие отливки и литейной формы. Перечислите и опишите процессы, проис­ходящие при заполнении литейной формы, затвердевании расплавленного металла и его охлаждении. Приведите примеры влияния структуры отливок на их свойства.

Вариант 4

1. Опишите устройства и принцип работы электрических печей для плавки металла, приведите их схемы. Укажите особенности процесса плавки в зависимости от вида электрической печи, техноэкономические показатели плавильных электрических печей. Проведите их сравнительную характери­стику.

2. Изложите технологическую последовательность изготовления отли­вок по выплавляемым моделям. Опишите материалы для изготовления мо­делей и литейных форм, оснастку и оборудование для изготовления отли­вок. Укажите, какие технологические особенности процесса обеспечивают высокую точность размеров и высокое качество поверхности отливок.

Вариант 5

1. Перечислите и опишите подробно способы разливки металла (ста­ли). Дайте их схемы. Приведите сравнительную оценку способов разливки по качеству получаемых слитков.

2. Опишите особенности конструирования отливок с учетом литейных свойств сплавов (жидкотекучести, усадки), уровня напряжений в отливке, направленности затвердевания отливки при различных способах литья (ли­тье в песчано-глинистые формы, литье в кокиль, литье по выплавляемым моделям).

Вариант 6

1. Изобразите схемы продольной, поперечной и поперечно-винтовой прокатки. Изложите сущность прокатки и условие захвата заготовки вал-

25

ками. Нарисуйте исходные заготовки и готовую продукцию для этих видов прокатки.

2. Изложите принципы конструирования технологичных литых дета­лей с учетом литейных свойств сплавов и приведите примеры.

Вариант 7

1. Опишите технологию производства основных видов проката. При этом укажите используемые заготовки, приведите схемы получения профи­лей, приведите характеристику используемого оборудования.

2. Укажите причины' возникновения дефектов в отливках. Приведите классификацию дефектов. Опишите способы предупреждения появления де­фектов в отливках.

Вариант 8

1. Изложите сущность процесса волочения и укажите области его при­менения. Изобразите схему процесса. Опишите инструмент и типы воло­чильных станов, дайте их схемы. Укажите условия, необходимые для успеш­ного ведения процесса.

2. Изложите сущность литья в кокиль, приведите эскизы, поясняющие конструкцию кокилей. Опишите оборудование для литья в кокиль. Отметьте технологические особенности этого способа литья, достоинства, недостатки и области его применения.

Вариант 9

1. Изложите сущность процесса прессования и укажите области его применения. Укажите и опишите оборудование, применяемое при прессова­нии. Изобразите схемы прямого, обратного прессования, а также прессова­ния труб с указанием элементов комплекта инструмента.

2. Опишите особенности выплавки литейных сплавов на основе маг­ния. Укажите способы изготовления отливок из магниевых сплавов и под­робно опишите один из них. Охарактеризуйте условия кристаллизации и ка­чество полученных отливок. Отметьте область применения полученных от­ливок и ограничения по применению.

Вариант 10

1.Опишите технологию волочения. Нарисуйте схемы волочения сплошных и полых профилей и поясните их. Охарактеризуйте напряженное состояние и особенности деформирования металла при волочении.

2.Опишите особенности выплавки литейных сплавов на основе тита­ на, а также дайте схему плавильной печи. Охарактеризуйте технологическую специфику получения отливок из титановых сплавов. Укажите способ изго­ товления отливок из титановых сплавов и опишите его. Приведите область применения отливок.

26 Порядок выполнения контрольного задания 2

Задание состоит из двух частей.

Первая часть относится к изучению способа сварки. В этой части следует дать краткое описание сущности рассматриваемого процесса, его технологиче-ские особенности, достоинства и недостатки, область применения.

Вторая часть посвящена разработке технологической схемы процесса свар­ки или другого родственного процесса и выполнению расчетов основных техно­логических параметров.

Рекомендуемая последовательность выполнения второй части задания:

1. Составление эскиза сварного узла в соответствии с полученным задани­ем (вариантом).

2. Описание основного материала с указанием состояния поставки, хими­ческого состава, механических характеристик.

3. Составление эскиза разделки кромок сварного шва с указанием его раз­меров согласно ГОСТу, номер которого указывают на чертеже.

Например, на эскизе (чертеже) сварного узла указан ГОСТ 5264-80-cl5, что означает: ручная дуговая сварка покрытыми электродами; cl 5 - условное обо­значение шва сварного соединения (стыкового) по данному ГОСТу. Под номе­ром cl7 в ГОСТе приведены поперечные сечения сварных швов с указанием геометрических размеров для заданных толщин металла. ' 4. Определение параметров режима сварки.4.1. При ручной дуговой сварке основными параметрами режима являются:

- сила сварочного тока

-длина дуги

- напряжение дуги

- диаметр электрода

- мощность дуги

- скорость сварки

• расход электродов,

• время ведения сварочного процесса.

Выбор диаметра электрода. Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемых листов при сварке швов стыковых соединений и от вели­чины катета шва при сварке угловых и тавровых соединений (табл. 1).

27

Ориентировочно диаметр электрода определяется по формуле:

(1)

где S - толщина свариваемого листа.

При сварке многопроходными швами первый проход выполняется элек­тродом не более 4 мм, так как электроды большего диаметра не позволяют про­никнуть в глубину разделки для провара корня шва. Тогда площадь поперечного сечения наплавленного металла за один проход должна составлять:

- для последующих проходов

- для первого прохода

Зная общую площадь поперечного сечения наплавленного металла F_n и площади поперечного сечения наплавленного металла при проходах F₁, опреде­лим число проходовn:

(2)

После определения диаметра электрода выбирается тип и марка электрода. Скорость сварки определяется по формуле:

- коэффициент наплавки, г/(А-ч). В табл. 3 приведены значения а_н в за-

(3)

- плотность материала,

- площадь

висимости от марки электрода;

поперечного сечения наплавленного металла шва, см² представляющая сумму площадей элементарных геометрических фигур, составляющих сечение шва.

В табл.2 приведены формулы для расчета площадей поперечного сечения шва.

30

(ГOCT 9087-81) и низкоуглеродистые электродные проволоки марок СВ-08 и СВ-08А(ГОСТ2246-70).

Режим автоматической сварки под флюсом назначают в такой последова­тельности: устанавливают требуемую глубину проплавления h, мм. При односто­ронней сварке она равна толщине (s) металла h = s, а при двусторонней h = 0,6 s; выбирают оряентировочно сварочный ток из расчета 80...100A на 1 мм глубины проплавления: I_св=(80...100)h, где I_св, - сварочный ток, А; назначают напря­жение на дуге в диапазоне 30...40 В. Далее определяют массу наплавленного на изделие металла. При определении расхода электродной проволоки следует учи­тывать потери на угар и разбрызгивание (не весь металл проволоки переходит в шов), которые составляют для сварки под флюсом 2...5% от массы наплавлен-ного металла.

Расход флюса принимают равным массе наплавленного металла. Диаметр электродной проволоки выбирают расчетом или по справочнику. Так, для тол­щин металла 8...20 мм он составляет 5 мм. Коэффициент наплавки выбирают в зависимости от сварочного тока и диаметра электродной проволоки, что со­ставляет в среднем 14...16 г/(Ач). Скорость и время сварки подсчитывают по формулам (3) и (5).

4.3. При сварке в средах защитных газов плавящимся электродом основ­ными параметрами технологического режима являются: сварочный ток I_св, в ам-nepax, напряжение на дуге U_Д , в вольтах, скорость сварки U_св , в м/ч, диаметр элек­тродной проволоки d_эл в мм, вылет электрода L_эл, в мм, род тока и полярность.

Режим автоматической сварки в углекислом газе назначают в такой после­довательности: выбирают марку и диаметр электродной проволоки. При сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей широкое распространение по­лучили проволоки с повышенным содержанием элементов раскислителей марок СВ-08Г2СА, СВ-08ГС (ГОСТ 2246-70). Для автоматической сварки обычно при­меняют проволоку диаметром 2...5 мм, причем диаметр проволоки выбирают в зависимости от толщины металла. Так, для толщин 4...12 мм рекомендуется проволока диаметром 2 мм. Ориентировочные значения напряжения на дуге можно определить по формуле U_Д = 8(d_эл +1,6). Сварочный ток I_св следует pac-

считать приближенно.

Устанавливают вылет электрода, который для электродных проволок d_эл = =2...5 мм составляет 20...30 мм; род и полярность тока.

Далее определяют массу наплавленного металла, время и скорость сварки по той же методике, что и при ручном процессе.

Коэффициент наплавки (а_н) для вариантов заданий 3 и 5 можно принять равным18...20г/(Ач).

При определении расхода электродной проволоки следует учитывать поте­ри металла на угар и разбрызгивание, которые составляют 5...10% от массы на­плавленного металла.

Расход защитного газа зависит от вида и режима сварки и устанавливается по справочным данным. Зная минутный расход защитного газа и время сварки,

31

можно подсчитать общее количество газа, идущего на сварку изделия. Расход электроэнергии определяют по той же методике, что и для ручного процесса. В режим полуавтоматической сварки в среде углекислого газа входят те же тех­нологические параметры, что и для автоматической сваркил. Расход материалов (начиная с определения массы наплавленного металла), электроэнергии и време­ни сварки подсчитываются по той же методике, что и для, автоматической сварки в среде углекислого газа. В режим сварки в среде аргона входят те же технологи­ческие параметры, что и для автоматической сварки в среде углекислого газа, которые выбирают по справочнику. Марку электродной проволоки выбирают в зависимости от химического состава свариваемого материала. Для сварки кор­розионно-стойких нержавеющих сталей марок 12X18H10T, 08X18H10T и других применяют электродные проволоки марок CB-01X19H9 и CB-06X19H9T (ГОСТ 2246-70). Все расчеты по определению расхода материалов, электроэнергии и времени сварки ведут по той же методике, что и для автоматической сварки в среде углекислого газа. В среде аргона потери на yгap и разбрызгивание со­ставляют 2...3% от массы наплавленного металла. Коэффициент наплавки (а_н), который необходим при определении некоторых параметров режима, можно принять равным 17 г/(A• ч).

Примечание. При сварке заготовок, имеющих форму цилиндра, необходи­мо на рисунке указать последовательность выполнения сварных швов. В конце задания следует привести описание наиболее рациональных методов контроля качества сварного соединения.

4.4. При контактной сварке тип машины выбирают по справочнику в зави­симости от параметров свариваемых заготовок и их химического состава: так, при стыковой сварке сопротивлением и оплавлением - от площади поперечного сечения заготовок, мм²; при точечной и шовной сварке — от толщины сваривае­мых заготовок, мм. После выбора типа машины необходимо указать ее техниче­скую характеристику. Режим сварки - это совокупность основных показателей процесса. В режим стыковой сварки сопротивлением и оплавлением входят: ус­тановочная длина l (мм) - суммарное расстояние между электродами 2 l ; плот­ность тока - у (А/мм²) (сварочный ток); усилие осадки P (H); длительность про­хождения тока t_св (с). Установочная длина при сварке сопротивлением равна l = (0,5...0,7)D где D - диаметр заготовки, мм. При сварке оплавлением уста­новочную длину с учетом припусков на оплавление и осадку приближенно мож­но считать равнойl= (0,5... 1,0)D.

Примечание. На схеме процесса стыковой сварки сопротивлением и оплав­лением укажите установочную длину.

Сварочный ток и усилие при осадке приближенно можно определить из следующих условий:I_св = j•F_заг иP =p•F_заг. При этом следует учитывать, ка­кие режимы более выгодно применять: жесткие или мягкие. Время сварки изде­лия ориентировочно подсчитывают из условия часовой производительности вы-бранной машины.

Для расчета основных технологических параметров при точечной сварке следует определить диаметр контактной поверхности электрода, который зависит

новочную длину и время сварки изделия. Укажите возможные дефекты и ме­тоды их контроля [1, с. 247-287;5]

Вариант 9