ТКМ

49

большого количества соляной кислоты как катализатора происходит реакция гидролиза, в результате которой выделяется гель кремнезёма, который и связывает песчинки в прочную систему:

(C2H50)4 Si + H20 → С2Н5ОН ↑ +SiO2 .

гель

После окунания блока моделей в суспензию и некоторой выдержки в ней (10-15 с) блок извлекается и на его поверхности остается слой покрытия толщиной 0,5…1,2мм (рис. 2.14 б). После небольшой выдержки на образовавшееся покрытие наносится слой крупного песка толщиной 0,5…0,8мм, затем дается выдержка 4-5 часов. Эту операцию повторяют 3-6 раз, в результате чего формируется оболочка толщиной 5…12мм. Далее следует окончательная сушка. Общая длительность процесса сушки и твердения оболочки составляет 12-24 часа. Это время можно сократить, проводя сушку в среде аммиака.

Врезультате нанесения огнеупорного покрытия формируется сложная оболочка, рабочая полость которой занята модельным соста-

вом. Удаление модельного состава производится в струе сжатого воздуха, нагретого до 110…1250С, либо в горячей воде с температурой 75…850С. Под действием тепла модельный состав плавится и вытекает из оболочки (рис. 2.14 в). Выплавленный модельный материал поступает на повторное использование, а освобожденные оболочки подаются в

прокалочную печь. Прокаливание форм производится при температурах 900…10000С; процесс длится 3-4 часа. При этом происходит удаление влаги, выгорание остатков модельного состава, все это сопровождается повышением прочности огнеупорной массы. Форма готова под заливку металлом. Для предупреждения разрушения ее помещают в опорный

материал (песок, дробь, отработанная формовочная смесь). Формы заливаются только в горячем состоянии (не ниже 7000С), что способствует более полному заполнению рабочей полости (рис. 2.14 г).

Впроцессе затвердевания отливок связующее выгорает, что приводит к частичному саморазрушению керамической оболочки. Для полного освобождения от формовочных материалов блок-отливки погружают в щелочную ванну, где и происходит полное их очищение. Чистые блок-отливки поступают на контроль, затем на их разделение и последующую механическую обработку.

Рассмотрим основные преимущества процесса литья по выплавляемым моделям. Способ позволяет получить отливки любой сложности

– вплоть до художественных изделий. Получаемые отливки имеют высокую точность и чистоту поверхности, что позволяет до минимума (0,5…0,8мм) снизить припуск на механическую обработку, а иногда ис-

50

ключить ее вовсе. Это дает возможность до 300 станко-часов на 1 тонну отливок.

Всилу изложенных преимуществ к способу литья по выплавляемым моделям прибегают при изготовлении деталей из материалов, которые трудно поддаются механической обработке (аустенитные стали, титановые сплавы, специальные сплавы).

Способ не лишен отдельных недостатков. Это сложность и длительность процесса изготовления формы (до нескольких суток). Отливки имеют высокую себестоимость в основном по причине дороговизны исходных материалов. Процесс применим лишь для мелкого литья (масса отливок не превышает 50 кг).

Всилу своей уникальной возможности получать отливки любой сложности (причина – полное растворение модельного состава и удаление его из формы без разъема последней) данный способ литья оправданно применим как в единичном, так и в массовом производстве. Принципиальное отличие этих двух вариантов состоит в различной степени механизации и автоматизации технологического процесса. Если в единичном производстве все операции выполняются вручную, то в условиях массового производства работают крупные автоматизированные линии. Примером могут служить автомобилестроительные производства. Литьем по выплавляемым моделям получают заготовки для деталей топливной аппаратуры автомобилей. Использование литых заготовок сложной конфигурации взамен проката позволяет в несколько раз уменьшить объем механической обработки. При изготовлении этих деталей из проката почти половина металла уходит в стружку.

Весьма эффективно использование литья по выплавляемым моделям для изготовления лопаток паровых и газовых турбин. В этом случае объем механической обработки снижается в 3…7 раз; при этом экономится дорогостоящая высоколегированная жаропрочная сталь.

Задача. Изучить технологию изготовления отливок методом литья в специальные разовые формы. Проанализировать возможность и целесообразность использования указанных методов в автотракторостроении.

Литература

Технология конструкционных материалов: учебник для вузов/под ред. А.М. Дальского. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машинострое-

ние,1993.-С. 134-137.

51

3. ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Цель работы

Изучить основные методы получения неразъемных соединений в машиностроении: сварки и пайки.

Освоить методики разработки технологий указанных процессов (выбор исходных способов того или иного процесса, расчет параметров режима, выбор оборудования).

Обратить внимание на экономические аспекты.

3.1. Ручная дуговая сварка

Основные вопросы темы

Исторический очерк (открытия В.В. Петрова, Н.Н. Бенардоса, Н.Г. Славянова).

Строение и свойства сварочной дуги.

Сварка постоянным током. Принципиальная схема сварки постоянным током; преимущества и недостатки сварки постоянным током; область использования.

Сварка переменным током. Принципиальная схема сварки переменным током; преимущества и недостатки сварки переменным током.

Источники сварочного тока (сварочный преобразователь, сварочный агрегат, сварочный трансформатор). Требования, предъявляемые к источникам сварочного тока, внешняя вольтамперная характеристика источника сварочного тока.

Производительность сварки плавлением. Понятие коэффициента наплавки; значение коэффициента наплавки при различных способах сварки.

Алгоритм выбора силы сварочного тока.

Общие сведения

Основоположниками электрической дуговой сварки являются российские ученые. В 1802 году профессор физики В.В. Петров открыл явление электрической дуги. Русский изобретатель Н.Н. Бернардос в 1882 году изобрел способ электрической дуговой сварки неплавящимся электродом (рис. 3.1 а). В 1888 году Н.Г. Славянов, инженер-металлург,

52

разработал процесс электродуговой сварки плавящимся электродом

(рис. 3.1 б).

Рис. 3.1. Принципиальные схемы дуговой сварки: а - неплавящимся электродом (по Бенардосу); б - плавящимся электродом (по Славянову)

Электрическая дуговая сварка выполняется как постоянным, так и переменным током. Основным преимуществом сварки постоянным током является стабильное горение дуги, что положительно сказывается на качестве сварочного шва. Использование обратной полярности (электрод-плюс, деталь-минус) позволяет уменьшить перегрев свариваемой детали, что в свою очередь приводит к снижению деформаций и выгорания химических элементов. По этой причине высоколегированные стали, чугуны и цветные сплавы варят с использованием постоянного тока и обратной полярности.

Недостатком сварки постоянным током является меньший, по сравнению со сваркой переменным током, коэффициент полезного действия и связанная с этим более высокая стоимость сварочных работ. Принципиальная схема сварки постоянным током представлена на рис.3.2.

Недостатком сварки на переменном токе является менее стабильное горение дуги. Однако этот метод сварки обеспечивает более высокий КПД использования электроэнергии. Принципиальная схема сварки переменным током представлена на рис.3.3.

53

Рис. 3.2. Принципиальные схемы дуговой сварки постоянным то-

ком

Рис. 3.3. Принципиальные схемы дуговой сварки переменным то-

ком

Преимущества сварки постоянным током распространяются и на процесс сварки выпрямленным током (рис. 3.3.).

55

Практическая работа: «Снятие внешней вольт-амперной характеристики сварочного трансформатора на посту ручной дуговой сварки».

Задача. Получить экспериментальные значения силы сварочного тока – (I, А) и напряжения – (U, В) при различных положениях рукоятки дросселя сварочного трансформатора и различных значениях длины дуги. Данные занести в табл. 3.1 (см. журнал практических и лабораторных работ).

Построить графическую зависимость между силой тока и напряжением.

Провести анализ полученных графиков и определить оптимальные режимы сварки, обеспечивающие легкое зажигание и стабильное горение сварочной дуги.

Проверка 6-ти экспериментальных точек (I-1, I-2, II-1, II-2, III-1, III- 2) на условие:

Индексы I, II, III соответствуют трем графическим зависимостям в координатах I, А – U, В (при 3-х различных положениях дросселя). Индексы 1,2 соответствуют случаям сварки на короткой и длинной дуге.

IКЗ – ток короткого замыкания, А; IСВ – сварочный ток дуги, А;

UХХ –напряжение холостого хода, В; UД – напряжение дуги, В.

Разработка технологического процесса сварки включает несколько этапов: выбор типа сварного соединения, определение оптимального режима сварки, определение порядка наложения сварных швов, выбор сварочного оборудования. На рис. 3.6 представлен алгоритм выбора параметров режима ручной дуговой сварки.

Выбор марки сварочной проволоки, марки и диаметра электрода (dЭЛ, мм)

DЭЛ = f (b), мм

DЭЛ ≈ (b ± 0,5), мм

Расчет величины силы сварочного тока (IСВ, А)

IСВ = IУД · dЭЛ, А

jУД = 40-50 А/мм, удельный ток

Расчет производительности сварки

G = KН · IСВ, г/ч

KН = 7-10 г/А·ч, коэффициент наплавки

Рис.3.6. Алгоритм выбора параметров режима ручной дуговой сварки

Практическая работа: «Разработка технологического процесса

ручной дуговой сварки».

Задача. Освоить навыки выбора сварочного оборудования, электродов и параметров режима ручной дуговой сварки.

Расчеты провести в соответствии с выданным преподавателем вариантом.

57

Литература

Разработка технологического процесса ручной электродуговой сварки: Метод. руководство к практической работе по курсу ТКМ/В.Б.Безрук и др.; МАДИ(ТУ). -М., 1998. – 40 с.

3.2. Автоматическая дуговая сварка под флюсом

Основные вопросы темы Принципиальная схема автоматической дуговой сварки под флю-

сом. Основные технологические параметры (VСВ, VП).

Оборудование для автоматической дуговой сварки под флюсом; принцип устройства сварочного трактора.

Особенности горения дуги под флюсом, принцип саморегулирования длины дуги.

Качество металла сварного шва, формируемого под флюсом; значение коэффициента наплавки и силы сварочного тока; причины увеличения силы сварочного тока.

Флюсы для сварки; роль флюсов, их марки.

Рис. 3.7. Принципиальная схема автоматической дуговой сварки под флюсом: 1 - сварочнаяпроволока; 2 - подающиеролики; 3 - ионизированнаягазовая среда; 4 - флюсовый свод; 5 - расплавленный флюс; 6 - шлаковая корка; 7 - источник сварочного тока (~ или =); 8 - металл сварного шва; 9 - сварочная ванна; 10 - сварочная дуга; 11 - свариваемая заготовка; 12 - слой флюса; 13 - бункер с флюсом; 14 - контактныеролики

58

Процесс автоматической сварки под флюсом (рис. 3.7) используется для получения сварных конструкций из толстолистового материала. Подача и перемещение электродной проволоки вдоль сварного шва механизированы. Агрегат, обеспечивающий процесс сварки, называют сварочным трактором (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Схема сварочного трактора для автоматической дуговой сварки под флюсом: 1 - сварочная проволока; 2 - направляющие ролики; 3 - кассета для проволоки; 4- блок управления; 5 - корректировочный механизм; 6 - электродвигатель; 7- механизм движения трактора; 8 - маховик; 9 - задние колеса; 10 - шасси; 11 - контактные ролики; 12 - передние колеса; 13 - механизм подачи сварочной проволоки; 14 - прижимной ролик; 15 - бункер с флюсом

Преимуществом автоматической сварки под флюсом перед ручной дуговой сваркой является повышение производительности сварки. Это достигается за счет использования более высоких токов. Алгоритм выбора силы сварочного тока и других технологических параметров режима сварки представлен на рис.3.9. Еще одной причиной повышения производительности является отсутствие потерь металла сварного шва из-за разбрызгивания. Расплавленный металл надежно защищен слоем расплавленного и сыпучего флюса. Общие потери не превышают 1%. Флюс надежно защищает металл сварного шва от проникновения в него кислорода и азота из воздуха. Механические свойства наплавленного металла высоки.