Федеральное агентство по образованию

Тульский государственный университет

Кафедра «Сварки, литья и технологии конструкционных материалов»

Металлургия. Процессы и

оборудование литейного производства

Рекомендовано для направления 551800

Технологические машины и оборудование

Разработал Вальтер А.И. д.т.н., профессор

кафедры СЛ иТКМ

Утверждено на заседании кафедры ТМЛП

15апреля 2008г. протокол № 5

Тула -2008 г.

Введение

Развитие и совершенствование любого производства в настоящее время связано с его автоматизацией, созданием робототехнических комплексов, широким использованием вычислительной техники, применением станков с числовым программным управлением. Всё это составляет базу, на которой создаются автоматизированные системы управления, становятся возможными оптимизация технологических процессов и режимов обработки, создание гибких автоматизированных комплексов.

Важным направлением научно - технического прогресса является также создание и широкое использование новых конструкционных материалов. В производстве все шире используются сверхчистые, сверхтвердые, жаропрочные, композиционные порошковые, полимерные и другие материалы, позволяющие резко повысить технический уровень и надежность оборудования. Обработка этих материалов связана с решением серьезных технологических вопросов.

Создавая конструкции машин и приборов, обеспечивая их заданные характеристики и надежность работы с учетом экономических показателей, инженер должен владеть методами изготовления деталей машин и их сборки.

Предметом данного курса являются современные рациональные и распространенные в промышленности прогрессивные методы формообразования заготовок и деталей машин, базирующиеся на принципе единства основных методов обработки конструкционных материалов: литья. Обработки давлением, сварки и обработки резанием. Эти методы в современной технологии конструкционных материалов характеризуются многообразием традиционных и новых технологических процессов, возникающих на их слиянии и взаимопроникновении.

Описание технологических процессов основано на их физической сущности и предваряются сведениями о строении и свойствах конструкционных материалов.

Инженер любой специальности должен знать структуру и свойства конструкционных материалов, а также научные и технические основы их производства и обработки.

Металлы - наиболее распространенные материалы, широко используемые во всех отраслях промышленности: машиностроении, на транспорте, жилищном и дорожном строительстве.

Первыми металлами, которые были выплавлены из руд, были медь, свинец, золото, а затем железо и олово.

Первыми агрегатами для выплавки железа были земляные сыродутные горны, в которых из железной руды и древесного угля получалось сыродутный металл - железо, который подвергали ручной ковке для получения различных изделий.

В дальнейшем сыродутные горны заменили шахтными печами - домницами. В них из железной руды и древесного угля получали чугун, т.е. сплав железа с углеродом и некоторыми другими элементами. Жидкий чугун в первое время применяли только для изготовления отливок, которые в отличие от бронзовых были более хрупкими и имели ограниченное применение.

Следующим этапом является разработка способа переделки чугуна в сталь выжиганием (окислением) углерода из чугуна при переплавке последнего в кричных горнах, а позже - пудлинговых печах.

Во второй половине 19-го века разработали более совершенные и производительные способы, продувкой жидкого чугуна воздухом в бессемеровском и томасовском конверторе и переплавкой в мартеновских печах. В дальнейшем для выплавки стали были разработаны также и электрические печи.

По мере разработки и внедрения новых способов переделки чугуна в сталь потребовалось расширить выплавку чугуна. Поэтому были разработаны новые крупные агрегаты - доменные печи, производительность которых достигает 2000 т в сутки.

С развитием методов выплавки металлов из руд или других исходных материалов совершенствовалась технология обработки металлов. К технологическим способам обработки металлов относят литейное производство, обработку давлением (прокатка, волочение, ковка, штамповка, прессование), сварку и огневую резку, термическую обработку, обработку резанием и различные виды электрофизических и электрохимических способов размерной обработки металлов.

Широкое развитие литейное производствополучило после того, как металлурги научились выплавлять чугун в доменных печах.

В машиностроении отливки получают не только из чугуна, но и из многих других металлов и сплавов: стали, бронзы, латуни, сплавов алюминия, магния и др. Для производства отливок применяют новые способы изготовления форм, используют формовочные машины и другие механизмы.

Наиболее известными способами обработки металлов давлениемявляются ковка и волочение. Прокатка получила развитие с разработкой специальных машин - прокатных станов. Высокопроизводительные прокатные станы - это блюминги и слябинги. Эти машины обладают высокой степенью механизации и автоматизации.

Кроме того, существует большое количество штамповочных операций по обработке листового материала, который является продуктом прокатки.

Сварка металла, т.е. соединение в одно целое двух или более кусков металла, является одним из прогрессивных методов изготовления машин в промышленности. Существует несколько видов сварки металлов. Из них наиболее распространенным является электросварка. В настоящее время технологические процессы сварки в высокой степени усовершенствованы и автоматизированы.

Среди способов обработки металлов и сплавов важное место занимают различные виды термической обработки- отжиг, нормализация, закалка, отпуск и другие. Нагревом металла или сплава до определенной температуры, выдержкой и последующим охлаждением с различной скоростью вызывают необходимые изменения их структуры и свойств.

Для обработки металлов резаниемиспользуются специальные механические агрегаты, которые называются станками (токарные, сверлильные, фрезерные, строгальные и др.). В настоящее время выпускаются высокопроизводительные металлорежущие станки автоматы и полуавтоматы, а также автоматические линии, работающие по заданной программе.

Для обработки металлов и неметаллических материалов широко используются также, электрофизические и электрохимические способы размерной обработки.

Они основаны на использовании электрической энергии, вводимой непосредственно в зону обработки. В этой зоне электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию, обеспечивающую выплавление частиц обрабатываемого материала и его размерную обработку. Можно использовать и химическое действие электрического тока, если обработка материала осуществляется в электролите.

Из этих способов обработки широкое распространение получили электроискровая, электроимпульсная электроконтактная, анодно-механическая, ультразвуковая, химико-механическая и другие.

Новые, прогрессивные способы обработки материалов применяют при создании машин и механизмов с использованием конструкционных материалов, обработка которых обычными методами либо затруднена, либо вообще невозможна. Создание машины зависит также и от того, насколько успешно решен вопрос обработки материалов для основных ее узлов.

Важное значение в современном производстве имеет использование пластических масс и неметаллических материалов в конструкциях машин и механизмов взамен металлов и сплавов. Эти материалы позволяют повысить сроки службы многих деталей и узлов машин и установок, снизить массу конструкций и стоимость обработки и т.п.

Развитие различных способов обработки пластических масс и других неметаллических материалов путем прессования, литья, сварки, механической обработки и т.д. является одной из важнейших задач промышленности.