Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Волгоградский государственный технический университет»

Кафедра «Технология материалов»

 

 

Курсовая работа

по дисциплине

«ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»

 

 

 

 

Оглавление

Задание №1 Разливка стали. Приведите схемы процессов разливки стали. Проведите сравнительную характеристику способов разливки стали. 3

Задание №2 Специализированные методы литья. Литье выжиманием. Опишите сущность способа, схема процесса и технологическая последовательность операций. Рассмотрите достоинства и недостатки, технологические возможности и области применения данного метода. 7

        Задание № 3 Расчетное(ОМД)….……………………………………….…10

Задание №4  Расчетное(Сварка) 16

         Задание № 5 Тепловые явления при резании металла…………..............18

Список используемой литературы.. 20

 

 

 

 

 Задание 1

Разливка является заключительной и весьма ответственной операцией производства стали. В настоящее время применяется два способа разливки стали: разливка в изложницы и непрерывная разливка. Разливка в изложницы. До недавнего времени разливка в изложницы являлась единственным способом, применяемым на действующих заводах. При этом способе сталь, выплавленная в печи, поступает в сталеразливочный ковш. Ковш представляет собой стальной кожух, имеющий форму конуса с широким основанием вверху, выложенный внутри огнеупорным материалом. В днище ковша имеется отверстие, которое плотно прикрывается специальным стержнем с пробкой на конце, называемым стопором. Из ковша сталь разливается в изложницы. Существует два метода разливки стали в изложницы: разливка сверху и снизу (сифоном). При разливке сверху жидкий металл из разливочного ковша поступает в изложницу сверху; каждая изложница заполняется отдельно.

Разливка стали сверху При разливке сверху металл поступает в изложницу непосредственно из сталеразливочного ковша или через промежуточное устройство

 схема разливки стали сверху представлено на рисунке 1

а – ковш  с жидкой сталью,  б  - изложница

Рисунок 1  Схема   разливки   стали в изложницы сверху

 

 разливка сифоном. В случае сифонной разливки жидкая сталь из сталеразливочного ковша  попадает в центровую  и затем по сифонной проводке снизу поступает в изложницы, установленные на поддоне. В то же время сифонная разливка стали имеет следующие преимущества перед разливкой сверху.

 Преимущества сифонной разливки стали: Возможность одновременной (на одном поддоне) отливки четырех — шести слитков массой 3—7 т и до шестидесяти более мелких слитков, что позволяет плавки большой массы разливать с меньшей общей продолжительностью. Удобство наблюдения за поверхностью поднимающегося в изложнице уровня металла и возможность регулирования скорости разливки стали в относительно большом интервале в зависимости от температуры и состава металла. Лучшая поверхность слитков и уменьшение в 2,5—4 раза затрат труда на зачистку слитков и прокатанных заготовок. Недостатки сифонной разливки стали: Уменьшение из-за потерь с литниками выхода годного металла 4 на 0,9—1,3% в зависимости от массы слитка. Увеличенный расход огнеупорных изделий на центровые и сифонные проводки, обслуживание и содержание дополнительного оборудования и повышенные затраты труда на подготовку поддонов сборку центровых. Хотя поверхность слитков при сифонном способе разливки стали заметно чище и поэтому требует значительно меньшего времени на зачистку металла, все же при применении этого способа разливки суммарные часовые затраты труда на 1 тонну стали, расходуемые на подготовку изложниц и зачистку металла, оказываются в 1,5—5 раза выше, чем при разливке сверху.

В целом, оценивая различные способы разливки стали следует признать, что разливка стали сверху в условиях современных сталеплавильных цехов большой производительности, где стали разливают в крупные слитки, имеет несомненные преимущества, и этот способ чаще всего предусматривается в проектах вновь строящихся заводов. На заводах качественной металлургии и заводах, где металл разливают в слитки мелкого и среднего развеса, следует признать целесообразным сохранение сифонного способа. Что касается разливки высоколегированных сталей и сплавов, требующих обязательной обдирки слитков перед последующим переделом, то ее осуществляют сверху, поскольку это позволяет устранить потери металла в виде литников. [3]

1 — ковш,   2 — центровой литник,  3— сифонные кирпичи, 4— поддон,6 — изложницы,6 — шлакоуловители,7 —огнеупорная масса

Рисунок 2  Схема сифонного способа разливки стали

 

 

 

 

Задание 2

Специализированные методы литья

Формы, изготовляемые из формовочных смесей, служат для получения только одной отливки, после чего разрушаются; отливки, получаемые в них, имеют малую точность и большой припуск на механическую обработку. Развитие массового производства, требующего большого количества однотипных отливок, заставило искать новые пути изготовления литых деталей, устраняющие недостатки старой технологии производства отливок.

К прогрессивной технологии литейного производства относятся специальные методы литья: способы получения точных отливок в разовые формы; литье в полупостоянные формы; литье в металлические формы.

При производстве точных отливок в разовые формы (формы разрушаются после каждой заливки) устраняется или уменьшается механическая обработка отливок. К этим способам литья относятся: литье по выплавляемым моделям, литье в оболочковые формы, литье, в стеклянные формы.

В полупостоянных формах без их разрушения можно получить несколько десятков, даже сотен отливок. Такие формы изготовляют из шамота, металлокерамики, графита и др.

В металлической форме можно изготовить несколько тысяч отливок и получить отливки с большой точностью размеров. К литью в металлические формы относятся следующие способы: литье в кокиль, центробежное литье, литье под давлением и др.[5]

Литье выжиманием

Для улучшения заполнения формы и повышения качества отливки процесс литья осуществляют так, чтобы геометрические размеры полости формы изменялись по мере заполнения ее расплавом и затвердевания отливки. Это позволяет уменьшить потери теплоты расплавом и заполнять формы тонкостенных крупногабаритных отливок, а также осуществлять компенсацию усадки отливки путем уменьшения ее объема при кристаллизации.

Первая из указанных особенностей формирования и в значительной мере вторая реализуются при литье выжиманием тонкостенных крупногабаритных отливок. Процесс может быть реализован по двум схемам: поворотом подвижной полуформы вокруг неподвижной оси (рисунок 1, а) и плоскопараллельным перемещением одной или двух подвижных полуформ (рисунок 1, б).

а – поворотом подвижной полуформы; б – плоскопараллельным перемещением полуформ (показано стрелками)

Рисунок 1 – Схемы технологических процессов литья выжиманием

 

После подготовки и сборки формы расплав заливают в нижнюю часть (металлоприемник) литейной установки (этап 1). Затем подвижную полуформу поворачивают (этап 2) и расплав поднимается в установке, заполняя полость между полуформами и боковыми стенками, закрывающими установку с торцов. В начальный момент сближения полуформ конфигурация объема расплава такова, что потери им теплоты в форме минимальны. В момент окончания сближения полуформ (этап 3) расстояние между ними соответствует толщине тела отливки, а движение излишка расплава, сливающегося из установки в приемный ковш, способствует уменьшению потерь теплоты и хорошему заполнению форм отливок с весьма малой толщиной стенки (до 2 мм) при значительных габаритных размерах (до 1000 x 3000 мм). После затвердевания отливки подвижная полуформа возвращается в исходное положение, а отливка извлекается из установки.

Отливки, полученные литьем выжиманием, имеют хорошие показатели структуры и механических свойств благодаря тому, что формирование отливки происходит одновременно с заполнением литейной формы и заканчивается в основном в момент завершения ее заполнения. Это обеспечивает питание затвердевающей отливки. Таким способом получают отливки из алюминиевых сплавов АК7, АК9 и др.

 

 

 

 

 

Задание №3 (расчетное)

Разработать технологию формообразования заготовки вытягивания  цилиндрического стакана с сопряжением боковых стенок и дна под углом 90⁰) из стали AMг толщиной  S=1.8мм, σ_в=240МПа. Изделие должно иметь следующие размеры: диаметр d_h=65мм, высота h=125мм. Определить диаметр заготовки, усилия вырубки, число и усилия вытяжных операций, радиусы закруглений и зазоры.

Таблица 1 –  Химический состав AMг.[7]

Химический элемент	Содержание %
Кремний (Si)не более	0.1
Медь (Сu), не более	0.1
Железо (Fe), не более	0.1
Марганец (Mn), не более	0.2
Алюминий (Al)	98.02-99.5
Магний (Mg), не более	0.7-1.6

Изго Определение размеров заготовки при вытяжке основано на законе постоянства объема металла до и после пластической деформации. При этом используют следующие методы: метод равенства поверхностей; метод равенства объемов (если вытяжка идет с утонением стенок); метод равенства весов. Метод равенства поверхностей используется для случая вытяжки без утонения стенок, при этом считается, что толщины стенок и днища изделия равны между собой.[2] Сущность данного метода состоит в том, что поверхность изделия условно разделяют на ряд простых геометрических фигур и приравнивая суммы всех условных элементарных поверхностей к площади заготовки, находят ее размер. Схема разбивки цилиндрического изделия на ряд простых геометрических фигур при расчете размеров заготовки представлена на рисунке 1.

Если рассматриваемое тело состоит из n простых поверхностей, площадь которых F₁, F₂, ……, F_n , а исходная заготовка имеет форму круга, то на основе метода равенства поверхностей можно считать, что

где  F₁, F₂, ……, F_n  - площади простых геометрических фигур, мм²;

D  - диаметр круглой заготовки, мм.

Тогда диаметр круглой заготовки можно определить по формуле

 

D – диаметр исходной плоской заготовки, S – толщина листа,

H – общая высота изделия, h – высота цилиндрического стакана,

h' - припуск на обрезку при выравнивании края, d_Н – наружный диаметр,

d_ВН – внутренний диаметр, d_СР – средний диаметр.

Рисунок 1 - Схема разбивки цилиндрического изделия на ряд простых геометрических фигур.

Величина припуска h' на обрезку при выравнивании края зависит от высоты формы изделия, рода и толщины материала, а также от числа вытяжных операций. Выбираем припуск на обрезку  h равный 7мм из расчета 4-5 % от высоты стакана. Тогда общая высота H составит 132,8мм.

Определяем диаметр заготовки

Рассчитываем усилие, необходимое для вырубки заготовки  по формуле

где  σ_В – временное сопротивление материала, МПа, равное  0,80σ_В

 (84644Н)

При вырубке отделяемая часть металла, которая проходит через отверстие в матрице, является изделием, а оставшаяся часть – отходом. Схема вырубки заготовки в вырубном штампе представлена на рисунке 2.

Dп – диаметр пуансона; Dм – диаметр матрицы отверстия;

z – диаметральный зазор между пуансоном и матрицей; δ – угол скоса режущих кромок пуансона; φ – угол резания.

1 – ползун пресса, 2 – пуансон, 3 – материал, 4 – матрица, 5 – стол пресса.

Рисунок 2 – Схема вырубки заготовки в вырубном штампе

Определяем размер отверстия матрицы Dм, который равен номинальному размеру изделия D, а размер пуансона Dп меньше на величину начального зазора Z равного 0,14мм

Dм=Dн=65мм;              Dп=Dн-Z=65-0,05=64,95мм

Определяем количество операций вытяжки

d₁=m_1·D=0,48·267=128.1 мм

d₂=m₂· d₁=0,70·128,1=89.7 мм

d₃=m₃·d₂=0,72 ·89,7=64.5 мм

где m –коэффициент, учитывающий дополнительное усилие, необходимое для продавливания изделия через матрицу,

d₁ – диаметр предыдущий, мм,

d_n – диаметр последующий, мм

Так как диаметр d₃ получился по расчету 64,5мм (d_cp=65мм), то стакан можно вытянуть за три операции.

Уточняем значение коэффициента вытяжки на последнюю операцию, так как необходимо получить изделие, средний диаметр которого d_cp=65мм

Проводим расчет усилия вытяжки для первой операции по формуле

Р₁=1,25·1,3·1,8·3,14·240·(267-128,1)=97507,8 кГс (975078Н)

 

Для второй, третьей и четвертой операции по формуле

Р₂=1,25·1,3·1,8·3,14·240·(128,1-89,7)=26956,8 кГс (269560 Н)

Р₃=1,25·1,3·1,8·3,14·240·(89,7-65)=17339.4 кГс (173394 Н)

где         k – коэффициент, учитывающий дополнительное усилие, необходимое    для продавливания изделия через матрицу,

d_n-1 – диаметр предыдущий, мм,

d_n – диаметр последующий, мм.

К = 1,2…1,3.

Величина радиусов закруглений матрицы и пуансона  для  первой операции вытяжки из листа толщиной S=1,8 мм составляет

R_м = 10·S=10·1,8=18 мм.

R_п = 10·S=10·1,8=18 мм.

Для последующих

R_м =6·1,8=10,8 мм.

R_п =6·1,8=10,8 мм.

Зазоры  между пуансоном и матрицей в вытяжном штампе

Для первой операции

1,5·1,8=2,7 мм

Для последующих

1,3·1,8=2,34 мм

Расчетные данные по разработке технологического процесса сведены в таблицу 2.

 

 

 

 

Таблица 2 - Технологический расчет вытяжки

№ перехода вытяжки		1	2	3
Коэффициент вытяжки Кв		0,48	0,70	0,72
Усилие вытяжки, Рвыт ,Н		975078	269560	173394
Диаметр матрицы Dм,мм	dn-1	149	113	65
	dn	267	149	113
Радиальный зазор между пуансоном и матрицей z, мм		2.7	2.34	2.34
Радиус скругления матрицы Rм , мм		18	10,8	10,8
Радиус скругления пуансона Rп , мм		18	10,8	10,8

 

 

 

 

 

Задание 4 (расчетное)

Изобразите схему и опишите сущность процесса ручной электродуговой сварки.

2. Выберите и рассчитайте основные параметры технологического режима ведения электродуговой сварки:

2.1. Выполните эскиз сварочного соединения в соответствии с вариантом;

2.2. Определите разделку кромок заготовки;

2.3. Выберите марку и диаметр электрода;

2.4. Рассчитайте величину сварочного тока, общее количество наплавленного металла, время потребное для сварки шва, скорость сварки, расход электрической энергии.

 

Марка стали	Вид соединения	Толщина свариваемой детали, мм
15ХН	Стыковое	3

 

По учебнику А.М. Дальского диаметр электрода следует выбрать 3 мм., соответственно коэффициент k- 40 мм.

Тогда сварочный ток:

I_св= kD_э,

,

так как толщина металла S3D_э, то величина тока увеличивается на 12,5%

.

Напряжение на дуге определяем по формуле:

,где

 _,

, мм;

^,

В соответствии с ГОСТ-5254-80: по характеру сварного шва – «односторонний», по форме подготовленных кромок – «без скосов кромок», условное обозначение С2, (рисунок 3 и 4) .

Рисунок 3 – Конструктивные элементы подготовленных кромок свариваемых деталей

Рисунок 4 – Конструктивные элементы сварного шва

В соответствии с ГОСТ 9467-75, требованию отвечает электрод марки Э50А (σ_в=490,34 МПа, δ₅=20%) .[1]

Выбранный тип электрода отлично подходит для работы при пониженных температурах. Также характерной особенностью электродов Э50А является их не малая термоустойчивость. Эксплуатировать сварочные соединения, нанесенные Э50А можно при температуре до 400 градусов Цельсия. Вид покрытия электродов Э50А – основный.

В швах, нанесенных электродами Э50А низкое содержание водорода, которое означает, что у такого изделия высокая устойчивость к образованию трещин.

Площадь поперечного сечения шва:

F_нм= (b*h)/2

F_нм=(4.5^.7)/2=15,72 мм².

В данном расчетном задании примем длину сварного шва L_шва=100 см., значит масса наплавленного металла G_Н будет равна:

G_Н =   F_нм ^. l_шва ^.   ,

G_Н =0.1572^. 7,830^.100=123 г.

Время горения дуги t₀, ч, (основное время) определяется по формуле (α_Н принимаем равным 17 г/(А^.ч)):

t=123/(120^.17)=0,06 ч.

Скорость сварки определяем из выражения:

^,

(17^. 120)/(7800000 ^. 0,1572^-4)= 1,65 м/ч

Полное время сварки (наплавки) Т, ч, приближенно определяется по формуле:

^,

Т=0,06/0,55=0,11ч.

Расход электроэнергии А, кВт·ч, для проведения сварки определяется по формуле (КПД источника питания сварочной дуги, мощность, расходуемая источником питания сварочной дуги при холостом ходе – из справочной таблицы):

^,

А=(16^.120^.0,06)/(0,9^.1000)+0,4^. (0,11 - 0,06)=0,148 кВт·ч.

Выводы: скорость сварки достаточно низкая ввиду того, что толщина свариваемых заготовок (полос) не большая, даже при сравнительно маленьком диаметре электрода и подходящих физико-механических свойствах. Напряжение на дуге достаточно низкое, что хорошо. Концентрация тока на 1 мм. высока (плотность тока, А/мм.), что хорошо.

Задание № 5

Тепловые явления при резании металлов.

При резании металлов затрачивается работа на пластические и упругие деформации в срезаемом слое и в слое, прилегающем к обработанной поверхности и поверхности резания, а также на преодоление трения по передней и задней поверхностям резца.

Работа, затрачиваемая на пластические деформации, составляет около 80% всей работы резания, а работа трения — около 20%. Примерно 85—90% всей работы резания превращается в тепло.

Образующееся тепло поглощается стружкой — 50 - 86%, резцом—10—40%, обрабатываемой деталью — 3—9% и около 1% тепла рассеивается в окружающей среде излучением.

На величину температуры в зоне резания оказывают влияние физико-механические свойства обрабатываемого материала, режимы резания, геометрические параметры инструмента и применение смазочно-охлаждающей жидкости.

При обработке стали выделяется больше тепла, чем при обработке чугуна. Чем выше предел прочности σ_в и твердость обрабатываемого материала, тем выше температура в зоне контакта инструмента с деталью.

С увеличением подачи температура в зоне резания повышается, но менее интенсивно, чем при увеличении скорости резания. Еще меньшее влияние на температуру оказывает глубина резания.

С увеличением угла резания δ и главного угла в плане φ температура в зоне резания возрастает, а с увеличением радиуса закругления резца r уменьшается.[4]

Применение смазочно-охлаждающей жидкости существенно уменьшает температуру в зоне резания. Высокая температура в зоне резания оказывает непосредственное влияние на износостойкость инструмента, состояние обрабатываемого материала, качество обработанной поверхности детали и производительность процесса резания.

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Сварочные Электроды для Сварки [Электронный ресурс].- [2003]. – Режим доступа: http://elektrod-3g.ru/elektrodyi-e50a.php (действительно на 12.12.2014)
2. Марочник сталей и сплавов/В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др ; Под общ. ред. В.Г.Сорокина.— М.: Машиностроение, 1989. — 640 с.
3. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / A.M. Дальский, Т.М. Барсукова, JI.H. Бухаркин и др.; Под ред. A.M. Дальского. - 5-е изд., исправленное. - М.: Машиностроение, 2004. - 512 е., ил.
4. Технология металлов и конструкционные материалы: Учебник для машиностроительных техникумов / Б. А. Кузьмин, Ю. Е. Абраменко, В. К. Ефремов и др.; Под ред. Б. А. Кузьми­на.— М.: Машиностроение, 1981. — 351 с., ил.
5. Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материа­ловедение. Справ, изд. Пер. с нем. М.1 Металлургия, 1982. 480 с.
6. Единая база ГОСТов РФ [Электронный ресурс].- [2000]. – Режим доступа: http://elektrod-3g.ru/elektrodyi-e50a.php (действительно на 12.12.2014)
7. Единая база ГОСТов РФ [Электронный ресурс].- [2000]. – Режим доступа: http://gostexpert.ru/gost/gost-5264-80#info (действительно на 12.12.2014)

 Скачать: tkm-kursach.rar