![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Часть I
- •Введение
- •1. Металлургия и литейное производство
- •1.1. Элементы теплофизики металлургических и литейных процессов
- •1.1.1. Теплофизические характеристики материалов. Основной закон теплопроводности
- •1.1.2. Определение затрат энергии на нагрев и плавление металлов
- •1.1.3. Уравнение теплопроводности. Фундаментальное решение
- •1.1.4. Метод точечных источников тепла. Выравнивание температуры в неограниченном стержне
- •1.1.5. Температурное поле стержня при постоянной начальной температуре и постоянной температуре на торце
- •1.1.6. Закономерности отвода тепла в литейную форму
- •1.2. Производство чугуна и стали
- •1.2.1. Производство чугуна
- •1.2.2. Оценка потерь тепла через стены шахтной печи при стационарном теплообмене с окружающей средой
- •1.2.3. Сущность процесса выплавки стали
- •1.2.4. Производство стали
- •1.3. Литье в песчаные формы
- •1.3..1. Изготовление песчаных литейных форм
- •1.3.2. Закономерности кристаллизации и затвердевания отливки в литейной форме
- •1.3.3. Основные технологические операции и закономерности получения отливок в песчаных формах
- •1.4. Специальные способы литья
- •1.4.1 Способы литья в оболочковые формы и по выплавляемым моделям
- •1.4.2. Литье в кокиль
- •1.4.3. Литье под давлением
- •1.4.4. Центробежное литье
- •2. Обработка материалов резанием
- •2.1. Кинематические и геометрические параметры способов обработки резанием
- •2.1.1. Способы лезвийной и абразивной обработки
- •2.1.2. Координатные плоскости и действительные углы режущего лезвия
- •2.1.3. Характеристики режима резания и сечения срезаемого слоя [1]
- •2.1.4. Усадка стружки и относительный сдвиг
- •2.1.5. Скорости деформаций и истинные деформации в зоне стружкообразования
- •2. 2. Силы резания
- •2.2.1. Технологические и физические составляющие силы резания при точении
- •2.2.2. Схема и расчет сил при свободном прямоугольном точении
- •2.2.3. Схема и расчет сил при свободном косоугольном точении
- •2.2.4. Силы при фрезеровании торцово‑коническими прямозубыми фрезами
- •2.2.5. Силы при фрезеровании цилиндрическими фрезами с винтовыми зубьями
- •2.2.6. Удельные силы
- •2.3. Теплофизика и термомеханика резания
- •2.3.1. Температура в полуплоскости от равномерно распределенного быстродвижущегося источника теплоты
- •2.3.2. Термомеханическое определяющее уравнение для адиабатических условий деформации
- •Для решения уравнения (2.64) воспользуемся заменой переменной:
- •Интегрируя уравнение (2.64), получаем функцию, описывающую влияние истинного сдвига p на удельную работу деформации aw и на предел текучести:
- •2.3.3 Температура деформации и тепловой поток из зоны стружкообразования
- •2.3.4. Температура передней поверхности инструмента
- •2.3.5. Температура задних поверхностей инструмента
- •О природе явлений, приводящих к изнашиванию и деформации инструмента
- •Обрабатываемость материалов
- •2.4.4. Выбор материала и геометрических параметров инструмента, назначение рациональных режимов черновой и чистовой обработки резанием
- •2.5. Проектирование заготовок и их предварительная обраьотка резанием
- •2.5.1. Маршрутный технологический процесс механической обработки заготовки
- •2.5.2. Определение допусков на диаметральные размеры обработанных цилиндрических поверхностей
- •2.5.3. Определение диаметральных размеров заготовки
- •2.5.4. Определение линейных размеров заготовки
- •2.5.5. Разрезание прутков проката дисковыми пилами
- •2.5.6. Сверление и зенкерование заготовок на вертикально-сверлильных станках
- •2.5.7. Растачивание отверстия на токарном вертикальном шестишпиндельном полуавтомате
- •Библиографический список
- •Часть I
1. Металлургия и литейное производство
1.1. Элементы теплофизики металлургических и литейных процессов
1.1.1. Теплофизические характеристики материалов. Основной закон теплопроводности
В основе металлургических и литейных процессов, использующих изменение агрегатного состояния материала – переход металлов и сплавов из твердого состояния в жидкое путем нагрева или, наоборот: из жидкого в твердое путем охлаждения, – лежат закономерности теплообмена, являющиеся предметом исследования технологической теплофизики и, в частности, теплофизики литейных и металлургических процессов. В связи с этим рассмотрим некоторые основные понятия, определения, законы, теоретические решения и пр.
Удельной теплоемкостью, с, называют отношение количества тепла, Q, сообщенного 1 единице массы материала, к соответствующему изменению температуры, , при бесконечно малых изменениях температуры [3]:
(1.1)
Единица удельной теплоемкости – джоуль на килограмм-кельвин, Дж/(кг K.). Теплоемкости расплавленных металлов вблизи температуры начала кристаллизации на 10–15 % больше, чем затвердевших. С увеличением температуры удельная теплоемкость несколько возрастает [11].
Произведение удельной теплоемкости на плотность материала, c, или, CV, называют удельной объемной теплоемкостью. Единица удельной объемной теплоемкости – джоуль на кубический метр кельвин, Дж/(м3К). Например, для сталей на ферритной основе CV=5 МДж/(м3К), а для песчано-глинистой формовочной смеси – около 1,35 МДж/(м3К).
Совокупность мгновенных значений температуры во всех точках пространства называют температурным полем. Если температура не зависит от времени, то поле T(x,y,z) называют стационарным. Различают также двухмерные нестационарные T(x,y,) и одномерные нестационарные T(x,) температурные поля. В дальнейшем для обозначения температуры в градусах по шкале Цельсия будет использоваться буква , для термодинамической (абсолютной) температуры, измеряемой по шкале Кельвина, – T, а для отношения абсолютной температуры T к абсолютной температуре плавления Tпл, (то есть для гомологической температуры) – Т.
Точки поля, имеющие одинаковую температуру, образуют изотермическую поверхность. Наибольший перепад температуры на единицу длины происходит в направлении нормали к изотермической поверхности.
Вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры, модуль которого равен производной температуры по этому направлению, называется градиентом температурного поля. В частности, для одномерного температурного поля T(x,)
(1.2)
Передача тепла теплопроводностью происходит по нормали к изотермической поверхности от мест с большей температурой к местам с меньшей температурой.
Количество тепла, поступившее через некоторую изотермическую поверхность площадью F за единицу времени, называют тепловым потоком Ф:
Ф=dQ/d, (1.3) где Q – количество тепла, – время.
Тепловой поток, отнесенный к единице площади изотермической поверхности, называют плотностью теплового потока qФ.
Основной закон теплопроводности (закон Фурье) гласит, что плотность теплового потока qФ прямо пропорциональна градиенту температуры [3]. В частности, для одномерного температурного поля:
.
(1.4)
Здесь – коэффициент, называемый коэффициентом теплопроводности. Размерность коэффициента теплопроводности: Вт/(м К).
Коэффициент теплопроводности зависит от температуры. Однако при тепловых расчетах и удельную теплоемкость, и коэффициент теплопроводности зачастую считают постоянными, не завиcящими от температуры.
Кроме уже перечисленных основных теплофизических характеристик, используются и другие, как правило, выражающиеся через основные (например, коэффициент температуропроводности , коэффициент аккумуляции тепла ):
(1.5)
Размерность
коэффициента температуропроводности:
,
а коэффициента аккумуляции тепла –
.
Изменение агрегатного состояния металла при температуре плавления связано с затратами тепла: для перехода единицы массы металла из жидкого состояния в твердое необходимо отвести определенное количество тепла, а для плавления металла, наоборот, подвести такое же количество тепла. Теплоту, затрачиваемую на переход единицы массы вещества из кристаллического состояния в жидкое при температуре плавления, называют удельной теплотой плавления. Так, например, для стали удельная теплота плавления равна 270 кДж/кг, для алюминия – 400 кДж/кг, для кремния –1800 кДж/кг, для свинца – 24 кДж/кг.