Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова»
Бийский технологический институт (филиал)
А.Н. Блазнов
Расчет заготовок и режимов обработки при изготовлении изделий литьем, обработкой давлением, сваркой и резанием
Методические рекомендации с вариантами контрольной работы по курсу «Технология конструкционных материалов» для студентов
заочной формы обучения специальностей 260601 «Машины и аппараты пищевых производств», 240706 «Автоматизированное производство химических предприятий», 655800 «Пищевая инженерия малых
предприятий», 240901 «Биотехнология»
2006
УДК 621.7(076)
Блазнов, А.Н. Расчет заготовок и режимов обработки при изготовлении изделий литьем, обработкой давлением, сваркой и резанием: методические рекомендации с вариантами контрольной работы по курсу «Технология конструкционных материалов» для студентов заочной формы обучения специальностей 260601 «Машины и аппараты пищевых производств», 240706 «Автоматизированное производство химических предприятий», 655800 «Пищевая инженерия малых предприятий», 240901 «Биотехнология» / А.Н. Блазнов.
Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск.
Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2006. – 66 с.
В методических рекомендациях приведены программа курса «Технология конструкционных материалов», основные формулы для расчета заготовок и режимов обработки при изготовлении изделий литьем, обработкой давлением, сваркой и резанием. Даны примеры решения задач и варианты заданий для выполнения контрольных работ. Методические рекомендации предназначены для студентов заочной формы обучения специальностей «Машины и аппараты пищевых производств» (260601), «Автоматизированное производство химических предприятий» (240706), «Пищевая инженерия малых предприятий» (655800), «Биотехнология» (240901).
Способ изготовления обычно предопределен требованиями к детали, ее конструктивными размерами и технологическими свойствами материала.
Например, станины станков, корпусы редукторов и другие детали, которые не требуют особой точности размеров и чистоты поверхностей, чаще изготавливают литьем из чугуна, малоуглеродистых сталей и сплавов цветных металлов. Литейные свойства материалов различны, например, чугун обладает лучшими литейными свойствами, чем сталь; малоуглеродистые стали (Ст3, Ст5) обладают лучшими литейными свойствами, чем качественные (сталь 45) и легированные (сталь 40Х), и т.д.
Изделия, которые представляют собой профили постоянного сечения (рельсы, прутки, уголки, швеллеры) и детали при серийном производстве изготавливают с помощью обработки давлением, которая считается одним из самых экономичных способов. Ковкость материалов, проявляемая при обработке давлением, также различна и напрямую связана с пластичностью, например, ковкость чугуна хуже, медных и алюминиевых сплавов – лучше, ковкость сталей зависит от марки.
Изделия, требующие высокой точности размеров и чистоты поверхности, получают обработкой резанием на металлорежущих станках. Детали типа тел вращения в условиях единичного и массового производства чаще изготавливают на токарных станках и станках-автоматах. Обрабатываемость резанием зависит от твердости и прочности материла, так для чугуна и сплавов цветных металлов она выше, чем для стали. Для сталей Ст3, Ст5 обрабатываемость ниже, чем для стали 45.
С помощью сварки получают изделия, которые представляют собой сборочные единицы заготовок, изготовленных методом литья или обработки давлением, часто подготовленные к сварке на металлорежущих станках. Свариваемость материалов также определяется особенностью их внутреннего строения, например, у стали более высокая, чем у чугуна. Свариваемость углеродистых сталей Ст3, Ст5 выше, чем качественных конструкционных (сталь 45).
На этапах изготовления изделие может подвергаться дополнительной обработке одним из перечисленных способов с целью подготовки для последующей обработки, исправления дефектов предыдущего способа или придания каких-либо специфических свойств. Так, например, отливки часто подвергают горячей обработке давлением для устранения внутренних раковин и пористости, рекристаллизации отливок. Поковки и отливки одинаковых размеров подвергают механической обработке резанием для получения деталей широкой номенклатуры форм и размеров. Для сварки используют поковки и отливки, которые предварительно обрабатывают на металлорежущих станках для придания необходимых форм и размеров и подготовки кромок к сварке. В свою очередь, сварные изделия также могут подвергаться обработке резанием для исправления возникающих при сварке перекосов и короблений и для чистовой обработки. И, наконец, изделия, полученные методами литья, обработки давлением, сваркой и резанием, могут подвергаться термообработке для придания необходимых технологических и эксплуатационных свойств.
Таким образом, перед инженером стоит нелегкая задача выбора способа изготовления конкретной детали.
Если допустить, что для изготовления имеется оборудование и оснастка на все перечисленные способы, а технологические свойства материла удовлетворительны, выбор способа может быть обоснован технико-экономическими показателями изготовления.
Для упрощения технико-экономического анализа в настоящих рекомендациях выбраны два наиболее важных количественных показателя технологичности конструкции – коэффициент использования материала и количество единиц задействованного оборудования (или участков изготовления).
На примере изготовления типовой детали с помощью литья, обра-ботки давлением, сварки и обработки резанием показан анализ и выбор наиболее экономически и технически рационального (и обоснованного) способа изготовления.
В Приложении А даны варианты индивидуальных заданий для выполнения контрольных работ. Контрольные работы должны быть оформлены на листах формата А4 рукописным или машинописным способом, содержать титульный лист, задание, решение с необходимыми рисунками и расчетными выражениями и список использованной литературы. Пример оформления титульного листа приведен в Приложении Б.
Для выполнения контрольных работ рекомендуются соответствующие разделы учебно-методической литературы в соответствии с программой курса.
ПРОГРАММА КУРСА
«ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»
Введение
Цели и задачи дисциплины. Свойства конструкционных материалов: физические, химические, механические, технологические, эксплуатационные. Методы изучения состава, структуры и свойств материалов. Кристаллизация металлов и сплавов [1-7 (разделы: введение; внутреннее строение и свойства сплавов; кристаллизация)].
Производство стали и чугуна
Материалы для производства стали и чугуна. Обогащение руд. Понятия пустой породы, концентрата и «хвостов». Легирование, модифицирование и рафинирование сплавов. Подготовка руд к плавке (агломерирование, окусковывание, дробление) [1-7 (разделы: материалы для производства чугуна и стали; обогащение руд)].
Сырье, флюсы, горючие материалы для выплавки чугуна и стали. Производство чугуна в доменных печах. Производство стали конвертерным, мартеновским способами и выплавкой в электрических печах [1-7 (разделы: производство чугуна; производство стали)].
Основы литейного производства
Основные этапы процесса изготовления отливок. Последовательность технологических операций при литье. Изготовление отливок в разовых, многократных и комбинированных формах [1-7 (раздел «Основы литейного производства»)], [14, 15, 28, 33].
Понятие о литниковой системе, формовочных и стержневых смесях и их свойствах. Понятие о литье в землю, в кокиль, по выплавляемым моделям, центробежном литье и т.д. Литейные свойства сплавов [1-7 (разделы: изготовление литых заготовок в разовых, в многократных формах; специальные методы литья, литейные сплавы и их свойства)], [14, 15, 28, 33].
Основы обработки материалов давлением
Физические основы обработки давлением. Классификация способов обработки давлением. Обработка давлением в горячем и холодном состоянии. Явления наклепа, упрочнения и разупрочнения при обработке давлением [1-7 (разделы: физические основы обработки давлением; нагрев металла перед обработкой давлением)], [17, 19-22, 29, 33].
Основные виды обработки давлением: прокатка листовая и сортовая, прессование, волочение, штамповка листовая и объемная. Оборудование, заготовки, используемые для этих видов обработки и получаемые изделия [1-7 (разделы: прокатка, волочение, прессование, ковка, объемная и листовая штамповка)], [16-18, 29, 33].
Основы сварочного производства
Сварка давлением и плавлением. Дуговая сварка: ручная, автоматическая, аппаратное обеспечение, последовательность технологических операций. Сварка под флюсом, в защитных газах и в контролируемой атмосфере. Газовая сварка [1-7 (раздел «Способы сварки плавлением»)], [24, 26, 30, 33].
Примеры сварки давлением: контактная, холодная, сварка трением, ультразвуком, взрывом. Четыре типа соединения кромок заготовок при сварке. Дефекты, возникающие при сварке, методы контроля и способы устранения [1-7 (разделы: способы сварки давлением; контроль сварных соединений)], [25, 30, 33].