12) Литье в оболочковые (корковые) формы

К передовым технологическим способам литья, позволяющим изготовлять наиболее точные отливки с минимальной механической обработкой, с уменьшением расхода металла на стружку относиться литье в оболочковой форме.

Для получения литья в оболочковые формы на нагретые металлические плиты с закрепленными на них металлическими моделями и литниковой системой наносится слой песчано-бакелитовой смеси. Нагретая до 150-200 ^oC модельная оснастка расплавляет бакелит. Который смачивает зерна формовочного материала, прилипающего к модели. Избыток смеси, не прилипший к модели, удаляется, а модельная плита с коркой смеси толщиной 7-10 мм помещается в печь, нагретую до 300-350 ^oC, где быстро (1-3 мин.) происходит затвердевание корки на модели. Жесткая корка, снятая с модели (полуформа), спаривается с соответствующей ей другой оболочковой полуформой и заливается металлом.

Материалом для оболочковых форм, заливаемых, чугуном или цветными металлами и сплавами, служит мелкозернистый кварцевый песок с 10% бакелитовой смолы. С целью улучшения поверхности стальных отливок иногда применяют хромистый железняк, хромомагнезит, магнезит и другие добавки, повышающие огнеупорность, но удорожающие стоимость песчано-смоляной смеси.

Замена обычной песчаной формы только оболочкой (коркой) сокращает расход формовочных смесей на 50-90 %, повышает точность размеров и чистоту поверхности отливки, увеличивает съем с квадратного метра производственной площади, снижает стоимость отливки.

13) Сущность и значение порошковой металлургии

Порошковой металлургией называется метод получения различных материалов и изделий из металлических порошков или из смеси металлических и неметаллических порошков путем их формования (прессования) и последующего спекания. Технологический процесс изготовления изделий методом порошковой металлургии состоит из следующих основных операций: получение порошков исходных материалов и приготовление из них порошковой шихты заданного химического состава; формование (прессование) порошков в заготовки требуемой формы; термическая обработка (спекание) заготовок для придания им достаточной механической прочности и других свойств 1—6.2). Основоположником метода порошковой металлургии является русский ученый П. Г. Соболевский, который в 1826 г. получил изделия (монеты) из платины прессованием порошка плагины в холодном состоянии с последующим спеканием заготовок. В настоящее время порошковая металлургия как прогрессивный метод изготовления изделий все шире применяется в технике. Изделия, полученные при помощи этого метода, отличаются высокой точностью размеров и хорошей чистотой поверхности, что часто исключает необходимость дальнейшей механической обработки их. По сравнению с другими способами изготовления изделий (литьем, обработкой давлением, резанием и др.) порошковая металлургия обеспечивает большую экономию металлов , трудовых затрат, снижает себестоимость готовой продукции. Например, при изготовлении шестерни масляного насоса автомобиля из стального проката посредством механической обработки 60—65% металла уходит в стружку. При изготовлении этой же детали из смеси порошков железа (96%), меди (3%) и графита (1%) методом порошковой металлургии потери металла в отходы составляют не более 1—2%. Бурное развитие порошковой металлургии объясняется также особыми технологическими преимуществами получения изделий. Она позволяет получать металлокерамические материалы с особыми свойствами (например, пористые материалы с контролируемой пористостью), которые невозможно получить другими способами обработки. Пористые металлокерамические изделия — подшипники скольжения ч.1—4.10), фильтры, антиобледенители и др. — находят широкое применение в промышленности. Методом порошковой металлургии получают изделия из тугоплавких металлов и соединений, металлы особо высокой чистоты, изделия из композиций металлов с неметаллическими материалами (асбестом, слюдой, окислами и т. д.), сплавы из иесплавляющихся друг с другом металлов (например, медь с вольфрамом), которые традиционными способами (литьем) получить часто невозможно.

14) Существует несколько способов получения металлических порошков. Физические, химические и технологические свойства порошков, форма частиц зависит от способа их производства. Вот основные промышленные способы изготовления металлических порошков:

1. Механическое измельчение металлов в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах.

2. Распыление расплавов (жидких металлов) сжатым воздухом или в среде инертных газов. Метод появился в 1960-х годах. Его достоинства — возможность эффективной очистки расплава от многих примесей, высокая производительность и экономичность процесса.

3. Восстановление руды или окалины. Наиболее экономичный метод. Почти половину всего порошка железа получают восстановлением руды.

4. Электролитический метод.

5. Использование сильного тока приложенного к стержню металла в вакууме. Применяется для производства порошкового алюминия.

В промышленных условиях специальные порошки получают также осаждением, науглероживанием, термической диссоциацией летучих соединений (карбонильный метод) и другими способами.

Механический метод получения порошков

Механический метод подразумевает механическое измельчение компактных материалов, осуществляющееся путём дробления, размола или истирания в специальных агрегатах-мельницах (вихревых, планетарных, центробежных, шаровых, вибрационных, вращающихся и т.д.).

Измельчение твердых материалов - уменьшение начальных размеров частиц путем разрушения их под действием внешних усилий. Различают измельчение дроблением, размолом или истиранием. Наиболее целесообразно применять механическое измельчение хрупких металлов и их сплавов таких, как кремний, сурьма, хром, марганец, ферросплавы, сплавы алюминия с магнием. Размол вязких пластичных металлов (медь, алюминий и др.) затруднен. В случае таких металлов наиболее целесообразно использование в качестве сырья отходов образующиеся при обработке металлов (стружка, обрезка и др.).

При измельчении комбинируются различные виды воздействия на материал статическое - сжатие и динамическое - удар, срез - истирание, первые два вида имеют место при получении крупных частиц, второй и третий - при тонком измельчении. При дроблении твердых тел затрачиваемая энергия выполняет работу упругого и пластического деформирования и разрушения, нагрева материалов, участвующих в процессе размельчения.

Для грубого размельчения используют щековые, валковые и конусные дробилки и бегуны; при этом получают частицы размером 1-10 мм, которые являются исходным материалом для тонкого измельчения, обеспечивающего производство требуемых металлических порошков. Исходным материалом для тонкого измельчения может быть и стружка, получаемая при точении, сверлении, фрезеровании и других операциях обработки резанием; при резании получают кусочки стружки размером 3...5 мм почти для любых металлов путем изменения режимов резания, углов резания и введения колебательных движений.

Окончательный размол полученного материала проводится в шаровых вращающихся, вибрационных или планетарных центробежных, вихревых и молотковых мельницах. Шаровая мельница (рис. 1) - простейший аппарат, используется для получения относительно мелких порошков с размером частиц от нескольких единиц до десятков микрометров.

Рисунок 1. Схемы движения шаров в мельнице: а - режим скольжения, б - режим перекатывания, в - режим свободного скольжения, г - режим критической скорости

Рисунок 2. Схема вибрационной мельницы: 1 - корпус-барабан, 2-вибратор вращения, 3 - спиральные пружины, 4 - электродвигатель, 5 - упругая соединительная муфта

В мельницу загружают размольные тела (стальные или твердосплавные шары) и измельчаемый материал. При вращении барабана шары поднимаются вследствие трения на некоторую высоту и поэтому возможно несколько режимов измельчения: 1) скольжения, 2) перекатывания, 3) свободного падения, 4)движения шаров при критической скорости вращения барабана.

В случае скольжения шаров по внутренней поверхности вращающегося барабана материал истирается между стенкой барабана и внешней поверхностью массы шаров, ведущей себя как единое целое. При увеличении частоты вращения шары поднимаются и скатываются по наклонной поверхности, и измельчение происходит между поверхностями трущихся шаров. Рабочая поверхность истирания в этом случае во много раз больше и поэтому происходит более интенсивное истирание материала, чем в первом случае. При большей частоте вращения шары поднимаются до наибольшей высоты, и падая вниз (рис. 1а) производят дробящее действие, дополняемое истиранием материала между перекатывающимися шарами. Это наиболее интенсивный размол. При дальнейшем увеличении частоты вращения шары вращаются вместе с барабаном мельницы, а измельчение при этом практически прекращается.

Интенсивность измельчения определяется свойствами материала, соотношением рабочих размеров - диаметра и длины барабана, соотношением между массой и размерами размольных тел и измельчаемого материала. При D:L=3...5 (D - диаметр, L- длина барабана) преобладает дробящее действие, при D:L<3 - истирающее действие; для измельчения пластичных металлов это соотношение должно быть меньше трех. Масса размольных тел считается оптимальной при 1,7...2 кг размольных тел на 1 л объема барабана. Соотношение между массой размольных тел и измельчаемого материала составляет 2,5...3. Для интенсивного измельчения это соотношение увеличивают. Диаметр размольных шаров не должен превышать 1/20 диаметра мельницы. Для увеличения интенсивности измельчения процесс проводят в жидкой среде, препятствующей распылению материала и слипанию частичек. Количество жидкости составляет 0,4 л на 1кг размалываемого материала. Длительность измельчения изменяется от нескольких часов до нескольких суток. В производстве используют несколько типов шаровых мельниц. В различных типах шаровых мельниц соотношение средних размеров частиц порошка до и после измельчения, называемое степенью измельчения, составляет 50... 100.

При более высокой частоте воздействия внешних сил на частицы материала применяют вибрационные мельницы (рис. 2). В таких мельницах воздействие на материал заключается в создании сжимающих и срезывающих усилий переменной величины, что создает усталостное разрушение порошковых частиц. В показанной на (рис. 2) мельнице дисбалансный вал - вибратор 2, вращающийся с частотой 1000-3000 об/мин при амплитуде 2...4 мм вызывает круговые движения корпуса 1 мельницы с размольными телами и измельчаемым материалом. В этом случае измельчение протекает интенсивнее, чем в шаровых мельницах.

Тонкое измельчение трудно-размалываемых материалов часто выполняют на планетарных центробежных мельницах с шарами, используемыми для размола. По сравнению с шаровыми мельницами в планетарных центробежных мельницах, размол в сотни раз интенсивнее и одновременно в несколько раз менее производителен. Так эта мельница периодического, но не непрерывного (как шаровая) действия с ограниченной загрузкой измельчаемого материала.

Для размола пластичных материалов используют процесс измельчения, в котором разрушающие удары наносят сами частицы измельчаемого материала. Для этого используют вихревые мельницы.

Распыление и грануляция жидких металлов является наиболее простым и дешевым способом изготовления порошков металлов с температурой плавления до1600 С: алюминия, железа, сталей, меди, цинка, свинца, никеля и других металлов и сплавов.

Сущность измельчения расплава состоит в дроблении струи расплава либо высоко энергонасыщенным газом или жидкостью, либо механическим распылением, либо сливанием струи расплава жидкую среду (например воду). Из многих вариантов наиболее широко применяется схема распыления металлов, представленная на (рис. 3). Основной частью технологического узла является форсунка.

Рис. 3

Для распыления металл плавят в электропечах. В зависимости от свойств расплава и требований к качеству порошке распыление осуществляют воздухом, азотом, аргоном, гелием, а для защиты от окисления инертным газом. Распыление воздухом - самый экономичный способ изготовления порошков. Основные параметры процесса распыления: давление и температура газового потока, температура расплава. Охлаждающей средой для распыленной струи может быть вода, газ, органическая жидкость.

При различных условиях распыления получают частички порошка каплеобразной, шарообразной и других форм. Размеры частиц получают от 1 мм до сотых долей миллиметра.

III. Физико-химические методы способы получения порошков

Физико-химические методы получения металлических порошков. Соединения галогениды металлов, которые восстанавливаются либо водородом, либо активными металлами (натрий и магний). Механизм восстановления большинства твердых соединений газообразными восстановителями основывается на адсорбционно-автокаталитической теории.

Восстановителями служат газы (водород, оксид углерода, диссоциированный аммиак, природный конвертируемый, водяной, коксовый или доменный газы), твердый углерод (кокс, древесный уголь, сажа) и металлы. Выбор восстановителя зависит не только от термодинамических оценок, но и от летучести, которая должна быть минимальной, так как иначе процесс нужно вести при повышенном давлении за счет аргона или других инертных газов.

Железный порошок - основа многотоннажной ПМ. Существуют методы получение порошков из FeCl ₂. Восстановленный водородом железный порошок имеет высокую чистоту и стоимость.

Восстановление оксидом углерода проводится при температурах выше 1000°С на основе адсорбционно-каталитического механизма. Восстановление твердым углеродом происходит при 900-1000°С.

Содовый метод применяется для получения порошка повышенной чистоты. В шихту добавляют 10 - 20% соды, с которой при восстановлении взаимодействуют примеси, образуя растворимые в воде натриевые алюминаты.

Комбинированный процесс включает в себя восстановление магнием, а после отмывки - кальцием, расход которого снижается в два раза. Восстановление гидридом кальция получают порошок титана и его гидрида. Восстановление хлорида титана натрием. Хлорид титана получают хлорированием концентрата руд, очисткой и фракционной дистилляцией. Восстановление хлорида титана магнием наиболее экономичный способ. Реакция происходит при 800 - 900°С. Стальной герметичный аппарат заполняют слитками магния, откачивают воздух, заполняют аргоном, плавят магний, сверху подают лимитированное количество хлорида титана, чтобы не было перегрева.

Восстановление из растворов, газообразных соединений и в плазме. Из растворов соединений Ni, Си, Со металлы вытесняют водородом в автоклавах. Сдвигать потенциал водорода в отрицательную сторону можно, повышая рН или увеличивая давление водорода. Эффективнее изменять рН, повышение, которого на единицу эквивалентно изменению давления водорода в 100 раз. Термические расчеты показывают, указанные металлы можно осадить уже при 25°С и 0,1МПа. Восстановление газообразных соединений водородом осуществляется в кипящем слое из галогенидов вольфрама, рения, молибдена, ниобия и титана. Получение высокодисперсных порошков в плазме перспективно для металлов, карбидов, нитридов и др. Восстановители - водород или продукты плазменной конверсии с высокой температурой и без окислителей. Оксид никеля восстанавливают в струе Аг - Н₂ или Аг - СО, причем содержание водорода близко к стехиометрическому, а теплообмен и плазмообразование происходят за счет аргона. Реакция лимитируется диссоциацией NiO, полное его восстановление достигается при 7000°С.

Физико-химические основы получения порошков электролизом. Процесс представляет собой своеобразное восстановление: передача электронов к металлу с одновременной перестройкой структуры происходит не с помощью восстановителей, а за счет электрической энергии. Способ универсален, обеспечивает высокую чистоту порошков. Электролиз - один из самых сложных физико-химических процессов производства порошков. Процесс заключается в разложении водных растворов соединений выделяемого материала. Наличие хлора или фтора на аноде заставляет принимать меры по предотвращению его взаимодействия с электролитом и порошком. Электролит от порошков отделяется отгонкой нагреванием или центрифугированием и отмывкой.

Электролиз водных растворов. Способ для получения порошков меди, серебра, железа, никеля, кобальта, олова и др. Никель, цинк, кобальт образуют равномерные плотные мелкозернистые осадки независимо от природы электролита. Серебро или кадмий растут в виде отдельно сильно разветвляющихся кристаллов при электролизе простых солей, из раствора цианистых солей они выделяются в виде ровного гладкого слоя.

Получение медного, никелевого, железного порошка. Медный порошок получают из раствора сернокислой меди, он имеет высокую чистоту и регулируемую дисперсность. Никелевый порошок получают электролизом аммиачных растворов хлорно - кислого никеля. Особенности получения железного порошка связаны с тем, что в ряду напряжений железо располагается левее водорода, поэтому последний выделяется вместе с водородом, ухудшая выход

19) Классификация металлорежущих станков

 

В СССР принята единая система классификации и условных обозначений для станков отечественного производства, основанная на присвоении каждому станку особого шифра (номера). В зависимости от вида обработки металлорежущие станки делятся на   девять   групп:    1)  токарные;   2)  сверлильные   и   расточные; 3)       шлифовальные,    полировальные,    доводочные    и    заточные; 4)          специальные; 5)  зубо- и резьбообрабатывающие; 6)  фрезерные;   7)  разрезные;   8)  строгальные,   долбежные,    протяжные; 9)  разные. В свою очередь, станки каждой группы подразделяются на девять типов. Например, станки второй группы (сверлильные и расточные) делятся на следующие типы: 1) вертикально-сверлильные, 2) одношпиндельные полуавтоматы, 3) многошпиндельные полуавтоматы, 4) координатно-расточные, 5) радиально-сверлильные, 6) горизонтально-расточные, 7) алмазно-расточные, 8)  горизонтально-сверлильные, 9)  разные сверлильные. Внутри каждого типа металлорежущие станки могут отличаться друг от друга конструктивными особенностями. Эти особенности, а также некоторые другие характеристики и отражаются в шифре (номере) станка. Например, условное обозначение модели станка 1К62. Первая цифра показывает принадлежность станка к первой группе — токарным станкам. Вторая цифра обозначает тип станка внутри группы. В данном случае цифра 6 указывает, что это токарно-винторезный станок. Третья и четвертая цифры условно обозначают основные размеры станка (для токарных, например, высоту центров над станиной, для фрезерных — размеры стола и т. д.). В рассматриваемой модели третья цифра — 2 — обозначает высоту центров над станиной, которая составляет 215 мм. Кроме цифр, в условные обозначения модели станка часто входят буквы. Если буква стоит между первой и второй цифрами (как в указанном примере), то это означает, что конструкция станка подверглась усовершенствованию по сравнению с прежней моделью. Если буква стоит в конце номера станка, то это говорит об изменении основной, или, как принято называть, «базовой» модели станка. Наиболее многочисленную группу металлорежущих  станков составляют токарные станки ( 45). Они используются в механических, инструментальных и ремонтных цехах машиностроительных и других заводов, а также в ремонтных мастерских. Станки токарной группы применяют обычно для обработки деталей, имеющих форму тел вращения. На этих станках получают наружные и внутренние цилиндрические и конические поверхности, фасонные поверхности и торцовые плоскости, резьбы на цилиндрических и конических поверхностях и др. Так, на токарных станках изготавливаются валики, втулки, оси, болты, винты, шпильки, доски, шайбы и т.д. К основным размерам, характеризующим токарный станок, относятся наибольший допустимый диаметр обрабатываемой заготовки, высота центров над станиной и расстояние между ними. По этим размерам можно определить максимальные диаметр и длину заготовки, которую можно установить и обработать на данном станке. Значительную часть среди металлорежущих станков составляют фрезерные станки. Наибольшее распространение имеют консольно-фрезерные Стол консольно-фрезерного станка с салазками расположен на консоли и перемещается в трех направлениях: продольном, поперечном и вертикальном. Консольно-фрезерные станки предназначены для выполнения различных фрезерных работ цилиндрическими, дисковыми, фасонными и другими фрезами в условиях единичного и серийного производства. На фрезерных станках этого типа можно фрезеровать плоскости, пазы, фасонные поверхности, зубья зубчатых колес и т.д. Кроме этого, универсальные консольно-фрезерные станки (имеющие поворотный стол) позволяют фрезеровать различного рода винтовые канавки. Основными размерами фрезерных станков, по которым можно определить возможность установки и обработки конкретных заготовок с определенными габаритами, являются размеры рабочей поверхности стола (длина и ширина) и рабочий ход стола в продольном, поперечном и вертикальном направлениях. Строгальные станки применяются в механических цехах машиностроительных заводов индивидуального, мелкосерийного и серийного типов производства, а также в ремонтных и инструментальных цехах. Они предназначены для обработки методом строгания поверхностей деталей различной геометрической формы и размеров, изготовленных из стали, чугуна, цветных металлов и пластмасс. Более широкое применение имеют поперечно-строгальные станки ( 47). Основные размерные характеристики поперечно-строгальных станков, которые позволяют определить возможность обработки тех или иных заготовок, следующие: размеры рабочей поверхности стола, наибольший и наименьший ход ползуна, наибольшее и наименьшее расстояние между верхней плоскостью стОла и ползуном, вылет резца. Шлифовальные станки ( 48) предназначены для чистовой обработки деталей путем снятия с их поверхности тонкого слоя металла шлифовальными кругами. На этих станках можно обрабатывать наружные и внутренние цилиндрические, конические, фасонные и плоские поверхности, разрезать заготовки, шлифовать резьбу и зубья зубчатых колес, затачивать инструмент и т.д. Применяются шлифовальные станки как в серийном, так и в массовом производстве. Основными размерными характеристикат ми круглощлифовальных станков являются наибольший диаметр. обрабатываемой заготовки и ее наибольшая длина, наибольшие поперечные перемещения шлифовальной бабки.

Металлорежущий станок, машина для обработки резанием металлических и др. материалов, полуфабрикатов или заготовок с целью получения из них изделий путём снятия стружки металлорежущим инструментом.

20) Разрушение поверхностных слоев материала под влиянием внешнего воздействия электрических разрядов называется электрической эрозией. На этом явлении основан принцип электроэрозионной обработки (ЭЭО).

Электроэрозионная обработка заключается в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности заготовки под воздействием электрических разрядов в результате электрической эрозии (ГОСТ 25331-82). Под воздействием высоких температур в зоне разряда происходят нагрев, расплавление, и частичное испарение металла. Для получения высоких температур в зоне разряда необходима большая концентрация энергии. Для достижения этой цели используется генератор импульсов. Процесс ЭЭО происходит в рабочей жидкости, которая заполняет пространство между электродами; при этом один из электродов— заготовка, а другой — электрод-инструмент.

Под действием сил, возникающих в канале разряда, жидкий и парообразный материал выбрасывается из зоны разряда в рабочую жидкость, окружающую его, и застывает в ней с образованием отдельных частиц. В месте действия импульса тока на поверхности электродов появляются лунки. Таким образом осуществляется электрическая эрозия токопроводящего материала, показанная на примере действия одного импульса тока на рисунке 1, и образование одной эрозионной лунки. Рисунок 1 — Схема процесса ЭЭО

Материалы, из которых изготавливается электрод-инструмент, должны иметь высокую эрозионную стойкость. Наилучшие показатели в отношении эрозионной стойкости ЭИ и обеспечения стабильности протекания электроэрозионного процесса имеют медь, латунь, вольфрам, алюминий, графит и графитовые материалы.     1. 2 Рабочая среда

Рабочие жидкости (РЖ) должны удовлетворять следующим требованиям: — обеспечение высоких технологических показателей ЭЭО;

— термическая стабильность физико-химических свойств при воздействии электрических разрядов с параметрами, соответствующими применяемым при электроэрозионной обработке;

— низкая коррозионная активность к материалам ЭИ и обрабатываемой заготовки; — высокая температура вспышки и низкая испаряемость;     — хорошая фильтруемость;     — отсутствие запаха и низкая токсичность.

При электроэрозионной обработке применение получили низкомолекулярные углеводородистые жидкости различной вязкости; вода и в незначительной степени кремнийорганические жидкости, а также водные растворы двухатомных спиртов. Для каждого вида ЭЭО применяют рабочие жидкости, обеспечивающие оптимальный режим обработки. На черновых режимах рекомендуется применять рабочие жидкости с вязкостью (смесь керосин-масло индустриальное), а на чистовых (керосин, сырье углеводородное).     1. 3 Электроды-инструменты

Электроды-инструменты (ЭИ) должны обеспечивать стабильную работу во всем диапазоне рабочих режимов ЭЭО и максимальную производительность при малом износе. Электроды-инструменты должен быть достаточно жестким и противостоять различным условиям механической деформации (усилиям прокачки РЖ) и температурным деформациям.

На поверхности ЭИ не должно быть вмятин, трещин, царапин и расслоения. Поверхность ЭИ должна иметь шероховатость

При обработке углеродистых, инструментальных сталей и жаропрочных сплавов на никелевой основе используют графитовые и медные ЭИ. Для черновой ЭЭО заготовок из этих материалов применяются ЭИ из алюминиевых сплавов и чугуна, а при обработке отверстий—ЭИ из латуни. При обработке твердых сплавов и тугоплавких материалов на основе вольфрама, молибдена и ряда других материалов широко применяют ЭИ из композиционных материалов, так как при использовании графитовых ЭИ не обеспечивается высокая производительность из-за низкой стабильности электроэрозионного процесса, а ЭИ из меди имеют большой износ, достигающий десятка процентов, и высокую стоимость.

Износ ЭИ зависит от материала, из которого он изготовлен, от параметров рабочего импульса, свойств РЖ, площади обрабатываемой поверхности, а также от наличия вибрации.

На выбор материала и конструкции ЭИ существенное влияние оказывают материал заготовки, площадь обрабатываемой поверхности, сложность ее формы, требования к точности и серийности изделия.