Суржик О.С. Технологiя машинобудування. Частина I

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 5.2 Види ливарних форм і способів лиття

Рис. 5.3 Технологія ливарного виробництва

льних виливків і деталей з ковкого чавуну, контролю якості готової

продукції. Із перерахованих процесів два є основними: виготовлення

ливарної форми та приготування розплаву, а інші — допоміжними.

Виготовлення одноразової ливарної форми називають формуван-

ням.

У серійному і масовому виробництві застосовують спеціальні види

лиття, які забезпечують високу якість і точність виливків, внаслідок

чого значна їх частина — готові деталі. Залежно від матеріалу, спосо-

бу виготовлення та заливання металу розрізняють лиття в металеві

форми, відцентрове, під тиском, в оболонкові форми (кіркові), точне

за виплавлюваними моделями тощо.

Широко застосовується лиття в металеві форми (кокілі), бо при

цьому досягається висока точність розмірів, знижується шорсткість,

поліпшується якість металу, немає потреби готувати формувальну су-

міш, є можливість багаторазово використовувати форми і виготовляти

до кількох тисяч з легкоплавких сплавів; 1500...5000 чавунних і

400...700 дрібних сталевих виливків. Висока вартість металевих форм і

можливе відбілювання виливків є основними недоліками цього спосо-

бу лиття, тому кокільне лиття економічно вигідне лише за серійного

та масового виробництва.

Відцентрове лиття полягає в заливанні металу в форму, що обе-

ртається навколо горизонтальної або вертикальної осі. Завдяки відце-

нтровим силам, що розвиваються під час обертання форми, метал

відкидається до її периферійної частини, при цьому утворюється

внутрішня поверхня пустотілого виливка, яка має дрібнозернисту

структуру та високу міцність. Переваги цього способу — висока про-

дуктивність і якість виливків та коефіцієнт використання металу за

відсутності ливників, випорів і малих припусків на обробку різан-

ням. Недоліки — дороге обладнання для відцентрового лиття та те,

що ним можна відливати лише виливки тіл обертання.

Лиття під тиском полягає в заповненні металевих форм рідким

металом під тиском поршня або стисненого повітря. Заготовки, відли-

ті під тиском, майже не потребують подальшої обробки і мають під-

вищену міцність. Цей спосіб застосовують у масовому та багатосерій-

ному виробництві з алюмінієвих, магнієвих, мідних та інших сплавів

для виливків масою від кількох грамів до десятків кілограмів. Товщи-

на стінок виливків не повинна перевищувати 6 мм, щоб вони не були

пористими.

Лиття в оболонкові форми застосовують для одержання плоских,

складних за формою та дрібних виливків з будь-яких сплавів. Цей спо-

сіб — високопродуктивний, процес лиття легко автоматизується. Оде-

ржані виливки — фактично готові деталі.

Точне лиття за моделями, що виплавляються, застосовують для

виготовлення точних заготовок складної конфігурації: інструментів

(свердла, фрези), важливих деталей швейних машин, автомобілів, тра-

кторів тощо без наступної механічної обробки. Цей спосіб складний,

але при масовому або багатосерійному виробництві економічно вигід-

ний.

Таблиця 5.2 Характеристика виливків, виготовлених литтям

Форма Спосіб виготовлення

Найбільша

маса, кг

Найменша

товщина

стінки, мм

Матеріал

Разова

Ручне формування:

у ґрунті

за шаблоном, в опоках

з стержнями

Машинне формування

(оболонкова форма):

піщано-смоляна

хімічно-твердіюча

з рідкого скла

Лиття за моделями

300 000

100 000

2 000

150

40 000

100

150

5...8

3...5

1…1.5

0,5...1

Чавун, сталь,

кольорові мета-

ли, сплави

Сталь легована,

титан

Багато-

разова

Гіпсова

Піщано-цементна

Цегляна

Шамотно-кварцева

Глиняна

Графітова та кам'яна

Металокерамічна

Металева (кокіль)

Облицьований кокіль

Під тиском

Відцентрове лиття

Штампування рідких мета-

лів

100

70 000

200 000

100 000

50 000

150

7 000

4 000

500

250

100

1 000

300

2...3

0,5

0,3

Чавун, сталь,

кольорові спла-

ви

Чавун

Сталь

Кольорові

метали

Сталь

Кольорові мета-

ли

Чавун, сталь,

кольорові мета-

ли

Кольорові

метали

Порушення технології лиття або конструкції виливка спричиняє

брак: газові, земляні та усадкові раковини, шлакові включення, трі-

щини, нещільності, пористості, перекіс, різностінність, короблення,

ліквація та відбілювання чавуну. Усунення браку потребує додаткових

витрат.

Стальне лиття класифікують за способом виробництва, залежно

від маси, геометричної форми, за хімічним складом і механічними

властивостями.

За способом виробництва залежно від фізико-хімічних умов плав-

ки (кисла або основна) розрізняють сталь конверторну, мартенівську

та електросталь.

Для виливків використовують низьколеговану сталь з присадками

мангану, хрому, нікелю тощо. Ці виливки порівняно із вуглецевими

виходять більш якісними та компактними, їх застосовують у хімічній,

харчовій промисловості. Середньо- і високолеговане лиття коштує

дорого, тому його застосовують для машин, які працюють за високої

температури та великих швидкостей.

Виробництво виливків з кольорових металів і сплавів

Кольорові метали та їх сплави мають температуру плавлення ниж-

чу, ніж чорні метали, підвищену усадку, недостатню рідкоплинність,

здатність до утворення оксидних плівок тощо. Ці властивості врахо-

вують в процесі конструювання ливникової системи, плавлення, зали-

вання, розплаву, вибору додатків (живильних боби-шок) і холодиль-

ників. Шлаковловлювачі повинні забезпечувати видалення шлаків, а

вся ливникова система — плавне підведення металу до форми.

Сплави кольорових металів на основі міді й алюмінію для фасон-

ного лиття мають високі ливарні властивості, малу усадку. До таких

сплавів належать ливарні бронзи та латуні, алюмінієві сплави з вміс-

том 6... 13 % силіцію. Вказані сплави використовують для виробницт-

ва фасонних виливків. При цьому деталі мають добру міцність і плас-

тичність.

5.3 Виробництво поковок, штамповок і прокату

Поковки, штамповки та прокат одержують обробкою металів тис-

ком. У одиночному та малосерійному виробництві поковки одержу-

ють куванням на молотах або пресах. Кування металу в одиночному

виробництві є одним з основних технологічних процесів, який за цих

умов вигідно відрізняється від обробки різанням високою про-

дуктивністю, раціональним використанням металу. Деталі, виготовле-

ні куванням, мають підвищені механічні властивості. Розрізняють ку-

вання ручне та машинне. Кування складається з приготування вихід-

ного металу, нагрівання і формоутворення його, обробки поковки.

Операції, показані на рис. 5.5, виконують із різноманітними ко-

вальськими інструментами. Поковки, одержані в штампах, називають

штамповками, а процес — штампуванням. Суть штампування поля-

гає в тому, що заготовку розташовують у штампі (рис. 5.5), де під тис-

ком вона заповнює порожнини штампа, набуваючи потрібної форми.

Рис. 5.4 Види ковальських операцій:

а — осаджування; б, в — висаджування з місцевим нагріванням

і підкладним кільцем; г — витягування; о, є — прошивання

отворів; є — розкачування

Рис. 5.5 Штамп (а) і заготовка (б)

Штампують з застосуванням гуми (рис. 5.6, а), місцевим нагрі-

ванням, вибухом (рис. 5.6, б), гідравлічно (рис. 5.6, в), поелемен-

тно та рідким металом. Для штампування вибухом, або гідравлічно-

го, виготовляють металеву матрицю, за конфігурацією якої утворю-

ється заготовка під тиском вибухової хвилі чи рідини.

Переваги штампування порівняно з куванням — висока продукти-

вність (в 50...100 разів вища), висока точність розмірів і незначна шо-

рсткість поверхні; можливість одержання деталі складної форми з од-

наковими розмірами; відсутність робітників високої кваліфікації; хо-

лодне калібрування (чеканка) поковок може замінювати фрезеру-

вання. Недоліки — висока вартість штампів; можливість використан-

ня штампа лише для однієї деталі; виготовлення деталей малої маси

(0,3... 100 кг).

Рис. 5.6 Штампування:

а — гумою; 6 — вибухом; в — гідравлічне

Рис. 5.7 Прокатні валки

а — схема; 6 — для листового прокатування; в — для профільного прокатуван-

ня

Рис. 5.8 Профілі прокатного виробництва:

а — квадратний з закругленими кутами та угнутими гранями; 6 — квадратний

з закругленими краями; в — квадратний; г — круглий; д — штабовий;

є — трикутний; с — овальний; ж — напівкруглий; з — колонний; « — зето-

вий; і — рейковий; і— тавровий; й — нерівнобокий кутник; к — рівнобокий

кутник; л — швелер; ЛІ — двотавровий

Слід розрізняти два основні види штампування: об'ємне та листо-

ве. Об'ємне гаряче штампування є основним способом виготовлення

деталей. Воно має переваги перед куванням — вищу продуктивність

за рахунок одночасного деформування металу в кількох напрямах, що

дає змогу виготовляти складні за формою вироби робітнику невисокої

кваліфікації. Завдяки підвищеній точності обробки штамповок порів-

няно з поковками можна в 2...З рази зменшити припуски, причому ос-

таточна обробка значно зменшується. Штампи — досить дороге осна-

щення, тому штампують, коли треба виготовити значну кількість од-

накових деталей, тобто використовують для середньосерійного, бага-

тосерійного та масового виробництва.

Для виготовлення складних фасонних внутрішніх порожнин шта-

мпів застосовують електроіскровий та інші електричні способи оброб-

ки. Розрізняють штампи відкриті і закриті. У відкритих штампах ме-

тал має вихід в облой-ний рівчак, а в закритих він деформується в за-

критому об'ємі, і штампування називається безоблойним.

5.4 Основні види зварювання

Зварювання — процес з'єднання в одне ціле окремих металевих ча-

стин міжатомними силами зчеплення, які можуть виникати між конта-

ктними частинами, що з'єднуються, коли відстань між ними наближа-

ється до міжатомної. Внаслідок цього у зоні зварювання відбувається

взаємне проникнення атомів з однієї частини металу в іншу з утворен-

ням міцного нероз'ємного з'єднання. При цьому зварювання може

здійснюватися як із застосуванням нагрівання, так і без нього.

Використовують кілька різних видів і способів зварювання, які

можна класифікувати за видом енергії, що застосована при зварюван-

ні, і за способом з'єднання поверхонь заготовок. Залежно від енергії,

яка використовується, зварювання поділяють на електричне (всі види

дугового та контактного зварювання, електрошлакове і т. д.), хімічне

(газове, термітне) і механічне (тертям, тиском). Залежно від способу

з'єднання металів розрізняють зварювання плавленням і тиском.

Рис. 5.9 Класифікація видів і способів зварювання

Газопресовим зварюванням називають електродугове зварювання

в зоні струменя інертного газу, який, утворюючи газову оболонку,

захищає рідкий метал від шкідливої дії атмосферного повітря. До

цього виду зварювання належать аргоно-дугове, атомно-водневе,

зварювання в захисних газах гелію, азоту та вуглекислого газу.

Контактне електрозварювання поділяють на стикове, точкове та

роликове. Під час контактного зварювання деталі, що зварюються,

нагріваються внаслідок проходження через них електричного струму.

Газове зварювання — процес з'єднання металу розплавленням

кромок зварюваних елементів і присадкового металу теплом, що виді-

ляється від згоряння в кисні різних газів, що поступають в пальник,

який утворює джерело тепла газового зварювання. Для газового зва-

рювання використовують ацетилено-кисневе полум'я, а для різання —

пари бензину.

5.5 Типові дефекти заготовок

Під час виготовлення заготовок можуть виникати дефекти, які по-

гіршують їх якість. Бракованими заготовками є ті, які не задовольня-

ють вимогам стандартів чи технічним вимогам. Залежно від виду заго-

товок в них можуть виникати типові дефекти, наприклад, у ливарному

виробництві — газові, земляні та усадкові раковини, шлакові вклю-

чення, тріщини, нещільність, пористість, спай, недолив, перекіс, різ-

ностінність, короблення, ліквація, відбілювання чавуну.

В процесі обробки металів тиском у поковках і штамповках мо-

жуть з'являтися внутрішні та зовнішні трішини. зміщення верхньої

частини відносно нижньої, раковини, недостатнє заповнення порож-

нин; у прокаті — тріщини, пухкість, раковини, неправильна геометрія

профілю, риски, волосовини тощо. Дефектами заготовок є шви у ви-

гляді незварених місць, різні підрізи, пропали, пористість, зовнішні

тріщини, неправильна форма шва, нещільність з'єднання, недостатня

міцність тощо. З метою уникнення браку необхідно дотримуватися

технологій виготовлення заготовок, витримувати потрібну температу-

ру нагрівання та контролювати якість вихідних матеріалів, сировини,

інструментів і пристосувань.

Контрольні запитання

1. Поясніть, як класифікують види заготовок

2. З’ясуйте, якими методами можна виготовити заготовки

3. Поясніть, що таке штамповка

4. Поясніть, які види прокату ви знаєте та на якому обладнанні

його одержують

5. З’ясуйте, як класифікують основні види зварювання

6. Поясніть, які ви знаєте типи дефектів заготовок