Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Технологическое обеспечение качества





Технологическое обеспечение качества

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

 

 

г. Егорьевск 2016


Составитель: В.А. Макаров, старший преподаватель кафедры технологии, оборудования и автоматизации машиностроительных производств (ТО и АМП)

 

В лекциях рассмотрены технологические основы обеспечения качества машин в процессе их изготовления, а также их влияние на выходные параметры и надежность машин.

Приведены основные методы обеспечения качества машин на основных этапах машиностроительного производства. Подробно изложены рекомендации по обеспечению качества машин на заготовительных производствах, при механической обработке, на финишных операциях и на операциях сборки.

 

Конспект лекций предназначен для студентов, обучающихся по направлению 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» всех форм обучения, дисциплина «Технологическое обеспечение качества».

 

Конспект лекций обсужден и одобрен на заседании учебно-методической группы кафедры технологии, оборудования и автоматизации машиностроительных производств

 

(протокол № 1 от 10.09.15г.)

 

 

Председатель УМГ П.С. Белов

 

 

Содержание

  Лист
Введение Лекция № 1. Технологическое формирование показателей качества деталей машин 1.1 Основные показатели качества деталей машин 1.2 Технологическая наследственность как база повышения качества машин 1.3 Методы обработки заготовок деталей машин 1.4 Технологическое обеспечение показателей качества деталей машин Лекция № 2. Машиностроительные материалы и способы обеспечения заданных свойств 2.1 Обеспечение качества стали и чугуна 2.1.1 Обеспечение качества стали 2.1.2 Обеспечение качества чугуна Лекция №3. Литые заготовки деталей машин 3.1 Основные проблемы литейной технологии 3.2 Технологичность литых деталей 3.3 Рекомендации по обеспечению технологичности отливок при различных способах литья 3.4 Обеспечение требуемой плотности отливок 3.5 Точность изготовления отливок Лекция № 4. Заготовки деталей машин, получаемые методами пластического деформирования 4.1 Механизм пластической деформации и условия ее осуществления 4.2 Ковка 4.3 Объемная штамповка              
4.4 Листовая штамповка 4.5 Прокатка 4.6 Штамповка деталей из порошков и пористых материалов Лекция №5. Сварка 5.1 Физические основы сварки 5.2 Влияние физико-химических реакций на качество металла шва 5.3 Деформации, перемещения и напряжения при сварке 5.4 Влияние термодеформационных процессов на качество сварных конструкций 5.5 Уменьшение сварочных деформаций, напряжений и перемещений 5.6 Характерные зоны сварных соединений 5.7 Свариваемость и ее показатели 5.8 Виды трещин швов 5.9 Хрупкие разрушения Лекция № 6. Обеспечение качества машин на операциях сборки 6.1 Сборка и формирование основных показателей качества машин 6.2 Технологичность машин в сборке 6.3 Обеспечение качества машин на операциях сборки 6.4 Испытания машин на сборке Список использованных источников    

Введение

 

Эффективность машиностроительного производства определяется главными его составляющими - общественной производительностью труда и качеством выпускаемых машин. Под общественной производительностью труда понимают число выпускаемых на рынок машин, отнесенное к суммарной затрате человеческого труда на всех стадиях производства, начиная с добычи сырья и кончая поставкой готовых машин.

Качество машин складывается из многих составляющих, среди которых одной из главных является уровень технологии производства на машиностроительном заводе. Без преувеличения можно сказать, что прогресс в машиностроении может быть основан на материалах и технологии. Проблема повышения качества машин является важнейшей.

Цель дисциплины - обратить внимание на физические (технологические) основы обеспечения качества машин, которые на всех стадиях производства довольно многообразны.

Качество машины довольно емкое понятие. Оно включает такие компоненты, как коэффициент полезного действия, производительность, точность, металлоемкость, надежность, ремонтопригодность, бесшумность в работе, удобство и легкость управления и обслуживания, эстетичность и др.

Например, коэффициент полезного действия является важным показателем качества для энергетических машин, преобразующих энергию топлива в механическую работу, производительность важна для землеройных, карьерных и технологических машин, точность служит главнейшей характеристикой, определяющей качество станков для финишных операций, надежность важна для любых машин, однако ненадежность пассажирского самолета или трактора приводит к различным последствиям.

Безусловно, качество машины закладывается конструктором при проектировании выбором рациональных схем и прогрессивных рабочих процессов, использованием современных достижений в методах расчета динамики и прочности машин, без которых невозможно избежать вложения в конструкцию лишнего материала. А также выбором материалов с обязательной ориентировкой на будущую технологию производства, применением унифицированных узлов, деталей, приборов, уже хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации, и многими другими факторами.

Проектируя машину, конструктор проектирует и ее качество. А будет ли изготовленная машина обладать заданным качеством? Этот вопрос всегда волнует конструктора с двух точек зрения. Во-первых, не всегда известна степень достоверности исходных данных, принятых при разработке конструкции, не во всех случаях результаты расчетов адекватно отражают сложные процессы и взаимодействие элементов машины и, во-вторых, смогут ли производственники воплотить все замыслы конструктора, смогут ли сделать машину, которая представляется конструктору?

Хорошо известно, что одинаковую конструкцию велосипеда один завод делает хорошо, другой - плохо; из одного и того же сырья автомобильные шины одного завода имеют большой пробег, другого - малый.

Технологи обязаны как можно полнее воплотить замыслы конструкторов. На всех этапах производства роль технологии в обеспечении качества машин является определяющей: создание конструкционных материалов, изготовление заготовок, финишная обработка, формирующая окончательные свойства деталей, сборка, испытания, конструкторско-технологическая доводка.

Изготовление любой машины начинается в заготовительных цехах и участках. Ковка, штамповка, прокатка, литье, резка и сварка - вот основные способы получения заготовок деталей машин. Здесь, в заготовительных производствах, начинают закладываться компоненты качества будущих деталей: плотность материала, направление его волокон, концентрация напряжений при остывании и деформировании, структура материала поверхностного слоя - от них прежде всего будет зависеть качество деталей после придания им окончательного вида. При литье, штамповке, прокатке формируется структура материала поверхностного слоя детали. От пластического деформирования и быстрого остывания в материале поверхностного слоя создается мелкозернистая структура повышенной твердости, которая предпочтительнее крупнозернистой во многих отношениях.

Но при последующей механической обработке поверхностный слой детали снимается и тем на большую глубину, чем больше был предусмотрен припуск на механическую обработку. Неточная геометрия заготовки и, как следствие, большие припуски на механическую обработку вызывают необходимость иметь лишний станочный парк, инструментарий, технологическую оснастку, производственные площади, лишних рабочих для того, чтобы металл перегонять в стружку. Вот какой шлейф издержек влечет за собой некачественная заготовка, вот где находятся большие резервы повышения эффективности машиностроительного производства.

Основная задача заготовительного производства - при высокой производительности дать заготовку наилучшего качества с минимальными припусками на механическую обработку.

Прогрессивным является получение заготовок деталей в виде тел вращения методами винтовой и поперечной прокатки. Высокая производительность благодаря непрерывности процесса и автоматизации, высокая точность и прочность прокатываемых деталей, экономия металла - основные преимущества метода.

Например, при холодной прокатке винтов наружные слои металла приобретают волокнистую структуру, ориентированную по профилю резьбы, твердость наружных слоев в 1,4…1,5 раза превышает твердость основного металла заготовки, прочность резьбы на срез возрастает на 20…25 % по сравнению с нарезанной резьбой, прочность при усталостном симметричном изгибе повышается в 2,2 раза.

Значительные успехи достигнуты в развитии технологии с использованием кузнечнопрессового производства. Их главным содержанием являются: повышение производительности труда и коэффициента использования материала, достижение хорошей структуры материала заготовки, отсутствие внутренних и наружных дефектов, малые припуски на последующую механическую обработку. Разработаны процессы и оборудование для полугорячей и холодной объемной штамповки, холодной высадки, выдавливания, позволяющие получать точную заготовку.

Горячая штамповка в разъемных матрицах в сочетании с безокислительным нагревом, протяжкой отверстия, травлением окалины и холодной калибровкой зубьев позволяет изготовить зубчатое колесо без дальнейшей механической обработки. Методы листовой штамповки позволяют получать сложные детали без применения сварки.

Одним из наиболее давних и вместе с тем имеющий большое значение на всех этапах развития машиностроения является метод получения деталей литьем. Сложные корпусные детали тел вращения, сложные чугунные детали с внутренними полостями можно изготовить только способом литья. Для многих деталей даже массового производства литые заготовки оказываются более дешевыми.

Основой получения качественных литых деталей машин является обеспечение плотности отливок путем рационального проектирования литниковых питающих систем, обеспечения точности отливок при литье по выплавляемым моделям.

Автоматизированная сварка под слоем флюса, сварка в защитной среде, сварка электронным лучом, ультразвуком, диффузионная сварка в вакууме, диагностика сварных соединений позволяют получить качественные сварные детали для различных условий и материалов.

Качество детали в значительной степени определяется свойствами ее поверхностного слоя. Наряду с традиционной химико-термической обработкой в последние годы нашли применение новые эффективные процессы, такие, как лазерная обработка поверхности металла с целью повышения стойкости против изнашивания и коррозии, лазерное легирование поверхности металла. А также плазмомеханическая обработка металла, плазменное напыление износостойких, коррозионностойких покрытий, плазменное напыление нитрида титана на инструмент, повышающее износостойкость режущего инструмента в 2…3 раза.

Парофазная технология - испарение материала в глубоком вакууме и конденсация паров на поверхности детали в виде пленки позволяет получать слоистые структуры с заданными свойствами.

Основанная на последних достижениях физики, физической химии, металловедения порошковая технология позволяет получать сверхтвердые материалы, конструкционную керамику, композиционные материалы, детали без дальнейшей механической обработки, восстанавливать изношенные детали.

Несмотря на неоспоримые преимущества и прогрессивность отдельных заготовительных процессов, никогда не откажутся от метода обработки материалов резанием. Кинематические пары, составляющие основу современных машин, образуются из элементов с такими параметрами, которые не представляется возможным достигать другими методами, кроме метода резания. Становится возможным получать детали с допуском на размер в десятые доли микрометра, отклонениями формы в сотые доли микрометра. С большой точностью возможно образование поверхностей с заданной шероховатостью и взаимным расположением элементов деталей. С точностью до долей угловой секунды возможно изготовление высокоточных деталей современных машин.

Учение о технологической наследственности предусматривает взаимосвязь и взаимообусловленность свойств заготовок и готовых деталей. Служебные свойства любой детали машины формируются в ходе всего технологического процесса, однако финишные технологические операции играют особую роль. Методы финишной обработки решающим образом влияют на такие служебные свойства, как износостойкость, сопротивление усталости, контактная жесткость, виброустойчивость, коррозионная стойкость и многое другое, что связано с понятием «качество машины».

Наличие годных деталей еще не означает наличия качественной машины. Качество машины связано с технологическим процессом сборки. Трудоемкость сборочных работ в машиностроении составляет в среднем 30% трудоемкости изготовления изделий. При всех видах сборки, применяемых в машиностроении, наибольшее внимание необходимо уделять регламентированию условий проведения процесса собственно соединений отдельных деталей с целью создания качественной машины. Поузловая сборка, испытания и диагностика всей машины являются важнейшим и завершающим этапом технологического процесса создания машин.

Таким образом, подбор или создание новых конструкционных материалов, отвечающих служебным свойствам деталей, обоснование методов получения заготовок, обеспечивающих геометрическую точность, плотность и структуру материала в сочетании с высокой производительностью, обеспечение качества поверхностного слоя детали (длительной и малоцикловой прочности, износостойкости и коррозионностойкости) химико-термическими и термомеханическими методами, лазерной, ионно-плазменной и финишной обработкой, обеспечение стабильного качества на сборке, доводочные и контрольные испытания - все это существенно для обеспечения качества машин в производстве. Вся эта цепочка технологических основ должна анализироваться и соблюдаться при создании машин.

 

Геометрические показатели

При обработке заготовок резанием большое внимание уделяют точности геометрических показателей.

1. Сравнительно часто качество деталей оценивают по точности размера. Для такой оценки существует ряд измерительных средств, среди которых имеются и такие, которые позволяют оценивать размер с точностью до сотых долей микрометра.

2. Выдерживание заданного размера с жесткими допусками не представляет таких технологических затруднений, как обеспечение точности формы.

В частности, в производственных условиях возникают существенные по величине отклонения от круглости. Они непосредственно сказываются на ка­честве соединений, имеющих цилиндрические поверхности потому, что по таким поверхностям устанавливают ответственные детали и узлы машин и прежде всего подшипники качения, которые вследствие отклонений формы колец могут утратить свои первоначальные характеристики.

Условия формообразования деталей оказываются настолько сложными, что одновременно возникает ряд отклонений геометрического характера: от­клонение от цилиндричности, перпендикулярности, параллельности и др. Технологическое обеспечение геометрических параметров в заданных пределах является обеспечением качества машин.

Так, у пары «вал-корпус» вал при поступательном движении не может перемещаться по прямолинейной траектории, если он имеет отклонения от цилиндричности или если такие отклонения имеет отверстие. Таким образом, геометрические отклонения деталей в этом случае не обеспечивают заданного качества, например, по параметру формы траектории перемещения.

3. Многие показатели взаимного расположения поверхностей существенно влияют на качество машин. Возникает необходимость уточнения существа этих показателей. Понятие «отклонение от соосности» должно предусматривать взаимную увязку осей двух и более отверстий, когда каждая из осей представляет собой не прямую линию, как это часто условно принимают, а сложную пространственную кривую. Понятие «ось» вала или отверстия должно связываться с их реальной поверхностью. В каждом поперечном сечении вала или отверстия располагается свой центр, а ось представляет собой пространственную кривую, проходящую через указанные центры. Аналогичный подход необ­ходим при оценке плоскостности или прямолинейности элементов деталей. Для каждого вида отклонений необходимы соответствующие измерительные средства, поскольку без количественной оценки отклонений разговор о качестве будет иметь самый общий характер.

Количественная оценка геометрических показателей непосредственно приводит к качественным изменениям в соединениях деталей.

Если в шариковых подшипниках применять тела качения 0-й степени точности вместо 01, то долговечность подшипников увеличивается примерно на 30 %. Снижение уровня погрешностей рабочих поверхностей подшипников с 2,5 до 1,0 мкм превышает контактную выносливость примерно в 3 раза. Увеличение точности формы шеек коленчатых валов с 10 до 6 мкм повышает срок службы вкладышей подшипников в 2,5...4 раза и т. д.

4. В центре внимания инженеров и ученых всего мира находится и другая геометрическая характеристика, связанная с шероховатостью поверхностей деталей. Микронеровности поверхностей, обусловленные технологическим процессом изготовления деталей, решающим образом определяют качество соединения и машины в целом. Они являются важной составной частью понятия «качество поверхностного слоя» и наиболее существенным образом влияют на такой показатель качества, как износостойкость.

Если транспортная машина, весящая 3...5 т, теряет в массе вследствие изнашивания 3...4 кг, а подшипник качения, весящий 10...14 кг, теряет в массе 20...30 г, то такие изделия полностью утрачивают свою работоспособность. Шпиндели же прецизионных станков массой 10...12 кг уже не могут эксплуатироваться после изнашивания их поверхностей на доли грамма.

Реальная поверхность любой детали всегда несовершенна. Геометрические отклонения поверхностей оценивают, в общем, по отношению шага неровностей к их высоте. В зависимости от числовых значений этого отношения различают шероховатость и волнистость поверхностей.

Назначение параметров шероховатости, проводимое конструктором, не­посредственно связано с качеством деталей машин. Современная система оценки шероховатости в соответствии с ГОСТ позволяет назначать шероховатость в зависимости от эксплуатационного свойства детали. Для деталей, работающих в условиях изнашивания, наиболее важными характеристиками оказываются среднее арифметическое отклонение профиля, средний шаг неровностей профиля по средней линии и относительная опорная длина профиля. Для деталей, работающих в условиях знакопеременной нагрузки, наиболее важной является наибольшая высота профиля, а для обеспечения высокой прочности сцепления с покрытием - высота неровностей профиля по десяти точкам. Особо предусматривается направление следов обработки на поверхностях деталей, а также взаимное расположение этих следов на сопрягаемых поверхностях.

В системе оценки геометрических параметров поверхности деталей нельзя не заметить одной важной особенности. Параметры устанавливаются в со­ответствии с информацией по одной трассе измерения детали или образца. Вторая трасса измерения может дать другие параметры. Поэтому необходимо иметь топографию поверхностей. Именно топография поверхности, а не одно какое-либо ее сечение позволяет достовернее определить причину отказа, т. е. полнее оценить качество детали.

Обеспечение качества стали

Качество стали определяется технологией ее выплавки, дополнительной внепечной обработкой жидкой стали и переплавом слитков.

Основная масса углеродистой стали выплавляется в мартеновских печах, кислородных конвертерах, а также в дуговых электропечах. Углеродистые стали обыкновенного качества и качественные не разделяются по технологии выплавки и требования к ним определяются ГОСТ 380-71 и ГОСТ 1050-88 соответственно.

Углеродистые стали общего назначения производят в виде разнообразной горячекатаной продукции - листов, балок, прутков, труб, швеллеров, а также в виде кованых и литых заготовок, в том числе полученных на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Как наиболее дешевые, эти стали выплав­ляют по нормам массовой технологии и в них допускается наиболее высокое (по сравнению с качественными и высококачественными сталями) содержание вредных примесей, повышенная загрязненность неметаллическими включениями и сравнительно высокое содержание газов - азота и водорода. Стальной лист представляет собой особенно ценный для машиностроения вид продукции сталеплавильных заводов. Качество листа из углеродистой стали общего назначения и качественной конструкционной стали регламентируется ГОСТ 16523-70.

При испытаниях на изгиб листы не должны иметь надрывов, трещин, расслоений. На поверхности листов не допускаются металлургические дефекты (закаты, плены, вкатанная окалина и т. д.).

Качество стали определяется содержанием вредных примесей, однород­ностью химического состава и структуры. Вредными примесями являются, прежде всего, сера, фосфор, мышьяк, кислород, азот и водород.

Кислород и сера практически нерастворимы в железе и присутствуют в стали в форме неметаллических включений - оксидов, сульфидов и оксисульфидов. Неметаллические включения представляют собой твердые частицы с размерами от 1мкм до десятков микрометров. Крупные частицы с размерами от 20мкм и выше снижают прочность, контактную выносливость и другие свойства стали. Эти включения оказываются опасными концентраторами напряжений и при знакопеременных нагрузках деталей уменьшают сопротивление усталости. Неметаллические включения понижают пластичность и вязкость в поперечном направлении по отношению к направлению прокатки.

Фосфор и мышьяк находятся в твердом растворе, существенно уменьшают пластичность феррита и способствуют хрупкому разрушению, в особенности при отрицательных температурах.

Водород находится в твердом растворе. Вредное действие растворенного водорода проявляется в понижении пластичности стали и склонности металла к хрупкому разрушению под действием напряжений. Отрицательный эффект сильнее проявляется в легированных сталях, поэтому в них содержание водорода не должно превышать 1,5…2,8см3/г, а в углеродистых сталях допускается содержание водорода до 3…4см3/г стали.

Азот частично находится в растворе, а частично связан в нитриды, которые присутствуют в стали в форме неметаллических включений. Вредное действие растворенного азота проявляется в повышении предела текучести и временного сопротивления при одновременном снижении пластичности вследствие старения. Содержание азота в сталях составляет 0,005…0,02%, оно выше в легированных сталях, выплавленных в дуговых электропечах. Чем больше азота в растворе, тем сильнее проявляются эффекты старения, и уменьшается срок технологической годности стального листа и ленты для операций холодной обработки давлением. Перевод азота из раствора в нитриды или карбонитриды делает сталь нестареющей. Обычно для этого пользуются малыми добавками алюминия или ванадия (стали 08Ю, 08Фкп и др.).

Качество стали зависит также от характера раскисления при выплавке. Раскисление - это процесс удаления кислорода из жидкой стали, что совершенно необходимо для обеспечения прочности и предупреждения хрупкого разрушения при горячем деформировании. Различают спокойные, полуспокойные и кипящие стали.

Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием, алюминием и содержание кислорода в них снижается до 0,005…0,006%, а в высококачественных сталях даже до 0,002…0,003%. Эти стали затвердевают спокойно, без выделения газов.

Кипящие стали раскисляют марганцем до содержания кислорода 0,02…0,04% и разливают на слитки. Кислород, частично взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде угарного газа СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипения стали, чем и объясняется ее название.

Высококачественные и качественные стали выпускают только спокойными, а углеродистые стали с содержанием до 0,25% С выплавляют спокойными, полуспокойными и кипящими. В обозначениях марок стали добавляются соответственно буквы сп, пс и кп.

Кипящие стали дешевле спокойных, при их выплавке выход годного увеличивается на 3…5% по сравнению со спокойными сталями, кроме того, экономятся ферросплавы. Вторым преимуществом кипящих сталей является их повышенная пластичность, так как они содержат очень мало кремния (не более 0,07%), и пониженное содержание углерода.

Недостатками кипящих сталей являются склонность к старению, ликвация, нестабильность свойств из-за трудности управления процессом кипения и более высокий порог хладноломкости по сравнению со спокойными сталями. Несмотря на указанные недостатки, до половины объема выпуска низкоуглеродистых сталей - кипящие. Из кипящей стали изготовляют фасонный прокат (балки, швеллеры, уголки), толстый и тонкий лист, сварочную и вязальную проволоку.

Листы из кипящей стали используют для автомобилей (08кп, 10кп, 15кп, 20кп - ГОСТ 1050-74), жести для консервирования и изготовления эмалированных изделий (08кп, 08Фкп – ГОСТ 9045-80), для судостроения (Ст1кп, Ст2кп, Ст4кп - ГОСТ 5521-86), из кипящей стали изготовляют сварочную проволоку (Св-08, Св-08А, Св-08АА - ГОСТ 2246-70).

Полуспокойная сталь имеет повышенный выход годного по сравнению со спокойной и менее выраженные недостатки по сравнению с кипящей сталью.

Стали повышенной обрабатываемости резанием по легкости обработки превосходят обычные углеродистые стали. Это свойство обеспечивается металлургическими средствами, а именно добавками небольших количеств элементов, которые сами или благодаря образованию соединений уменьшают трение между стружкой и инструментом в зоне резания и, кроме того, уменьшают пластичность металла так, что стружка становится сыпучей и легко отделяется.

Для улучшения обрабатываемости резанием в сталях, прежде всего, увеличивают содержание серы, а также дополнительно вводят селен, фосфор, свинец, кальций, теллур.

Сернистые стали повышенной обрабатываемости резанием А11, А12, А20, А30, А35, А40Г содержат 0,08…0,30% серы и 0,05…0,15% фосфора. Сернистые стали повышенной обрабатываемости резанием используются для мелких крепежных деталей и малонагруженных деталей сложной формы, где важны чистота поверхности и точность размеров.

Для повышения качества стали применяют внепечную обработку жидкого металла, микролегирование и переплав слитков. Наиболее экономичны микролегирование и внепечная обработка. Переплав увеличивает стоимость стали на 40…50%, его применяют при изготовлении наиболее ответственных и тяжелонагруженных деталей массой до 50т.

Внепечная обработка включает в себя следующие процессы: вакуумирование, обработку синтетическим шлаком, продувку инертным газом, обработку активными металлами (кальцием, редкоземельными металлами).

Вакуумирование имеет целью снизить содержание газов в стали, выровнять химический состав и температуру стали перед разливкой, использовать усиление восстановительной способности углерода для уменьшения содержания оксидов.

Продувка с активными металлами эффективно очищает сталь от различных вредных примесей, засоряющих сталь при переработке низкосортного лома.

Продувка аргоном снижает содержание газов в стали, а также оксидов и выравнивает химический состав и температуру перед разливкой, что повышает качество слитка.

Обработка синтетическим шлаком предназначена для глубокой очистки от серы и раскисления стали. Для этого применяют жидкий шлак с высоким содержанием СаО. Жидкий шлак и сталь активно перемешивают, добиваясь получения тонкой эмульсии, что увеличивает площадь контакта обоих жидких расплавов. Благодаря обширной поверхности контакта за короткий срок образуется сульфид СаS, нерастворимый в стали, и содержание кислорода снижается до требуемого уровня.

Микролегирование - это добавки в сталь активных легирующих элементов (Nb, V, Тi, Мо) в количествах ~ 0,1% для повышения прочности. Микролегирование в сочетании с контролируемой прокаткой обеспечивает повышение прочности углеродистых и низколегированных сталей без термической обработки.

Переплав сталей обеспечивает потребности машиностроения в особо чистом металле, отличающемся однородностью механических свойств. После переплава значения характеристик механических свойств вдоль и поперек направления прокатки одинаковы.

Повышение качества деталей машин при сокращении трудоемкости и от­ходов металла можно добиться при переходе на порошковую металлургию. При изготовлении деталей из металлических порошков отпадают проблемы качества, связанные с ликвацией, растворенными газами и неметаллическими включениями. Порошковые детали однородны по структуре и механическим свойствам. Обычная технология прессования деталей из порошков и последующего спекания не позволяет получить в порошковом материале такую же прочность, какую имеет обычный прокатанный металл. Однако горячая ковка деталей из порошков в штампах дает возможность получать детали с высокой плотностью и повышенными механическими свойствами.

 

Обеспечение качества чугуна

Чугун является основным материалом литых деталей машин, на долю чугунных отливок приходится около 75% всей массы литья в машиностроении. Это объясняется экономичностью чугуна и комплексом его свойств, зависящих, прежде всего, от количества, формы и размеров графитных частиц, а также от структуры металлической основы.

Качество отливок из чугуна обеспечивается выбором шихты, оптимиза­цией плавки и комплексом мер для получения требуемой структуры. Выбор шихты определяется содержанием в ней вредных примесей, в особенности серы.

Современным направлением производства чугунов для отливок является плавка в электропечах взамен вагранок. В этом случае обеспечивается более точный химический состав чугуна, возможна выплавка чугунов с низким содержанием углерода (2,2…2,5%) и серы (0,02%), которые нельзя выплавить в вагранках, а также различных легированных чугунов, применение которых в машиностроении расширяется.

Пониженная прочность и практически полное отсутствие пластичности, обусловленное пластинчатой формой графита, - главный недостаток серого чугуна. Они имеют наименьшую прочность - 100…180МПа. Применение серого чугуна ограничено областью мало- и средненагруженных деталей из-за недостатка прочности. Структура и свойства серого чугуна определяются его химическим составом (прежде всего содержанием углерода и кремния) и скоростью охлаждения при затвердевании. Серые чугуны чувствительны к скорости охлаждения.

Чугун с шаровидным графитом является высокопрочным, он превосходит серый чугун по прочности и пластичности, а также износостойкости. Благодаря шаровидной форме графита прочность меньше зависит от содержания углерода, которое в высокопрочных чугунах находится в пределах 3…3,6%.

Высокопрочный чугун отличается от серого чугуна повышенной усадкой (соответственно 1,25 и 1%) и имеет значительную усадочную пористость (около 5%). Как следствие, технология производства отливок усложняется, требуется установка прибылей и т. д. Высокопрочный чугун используют для тяжелонагруженных отливок - деталей прокатных станов, дробилок, тюбингов для тоннелей и шахт, валков прокатного производства и др.

Резервом повышения прочности чугунных отливок является термическая обработка.

Заливка расплава в форму

Важность первой проблемы очевидна: если форму заполнить расплавом не удается, то все остальное в литейной технологии теряет смысл.

Главное здесь - заполнение полости формы расплавом, т. е. выбор такого способа и такого режима заливки, при которых гарантировано заполнение расплавом полости формы для данной отливки с учетом всех особенностей ее конфигурации. Однако при решении этой проблемы долгое время уделяли основное внимание таким ее сторонам, как улавливание шлака, предохранение поверхности стенок полости формы от разрушения, предупреждение «захвата» воздуха потоком расплава в литниковой системе и т. п.

В процессе развития литейного производства возникли следующие направления решения этой проблемы:

1. Промышленное использование прочных песчано-смоляных смесей для форм и стержней исключили все, что всегда было связано с разрушением поверхности стенок полости формы, образованием засора и механического пригара.

2. При создании способа литья в металлические формы возникла проблема борьбы с разгаром поверхности кокиля и привариванием к ней отливки. Технологи нашли решение - разработали различные огнеупорные краски и обмазки.

3. Совершенствование процесса плавки и повышение технологической культуры рафинирования и дегазации расплава, а также его внепечной обработ­ки исключили остроту вопросов, связанных с попаданием в полость формы первичных шлаков вместе с расплавом.

4. Создание алюминиевых и магниевых сплавов и использование в технике деталей из этих сплавов поставили задачу предотвращения образования вторичных шлаков в процессе заливки расплава этих и им подобных (легкоокисляемых) сплавов в форму. Технологи и здесь нашли решение - разработали специальные конструкции литниковых систем, «успокаивающих» поток расплава перед поступлением его в полость формы.

5. Широкое внедрение сначала машинной, а затем автоматической формовки, привело к необходимости создания и промышленного использования многоместных форм, в том числе для отливок разной конфигурации и массы, заливаемых через один стояк. Появились литниковые системы с наименьшей массой для повышения выхода годного литья в условиях многономенклатурного производства отливок.

6. При заливке расплавов сплавов, не обладающих усадкой при их затвердевании (например, серых чугунов - они, наоборот, «растут»), питатели литниковой системы располагают в районе тонких стенок будущей отливки. При заливке расплавов сплавов, обладающих усадкой во время их затвердевания (классический пример - углеродистые стали), питатели располагают в районе массивных частей будущей отливки, где располагают и прибыли. Такое расположение питателей - правило. Оно определяет место подвода расплава в полость формы.

Можно назвать еще ряд ситуаций, которые привели к пересмотру состава проблемы заливки расплава в форму. Одна только потребность машино­строения и приборостроения в крупных партиях заготовок тонкостенных литых деталей небывало сложной конфигурации очень разных габаритов и высокой точности размеров и массы привела к созданию таких способов литья, которые принято теперь называть специальными. Это литье под давлением, литье в формы, изготовляемые по выплавляемым моделям, литье выжиманием, литье под низким давлением и вакуумным всасыванием, центробежное литье, и т. д. В таких способах литья проблема заливки расплава решена в главной ее части - гарантированное заполнение расплавом полости формы с учетом всех особенностей ее конфигурации.

 

Затвердевание отливки

Затвердевание расплава в форме является специфической особенностью литейной технологии, отличающей ее от любой другой, применяемой в ма­шиностроении. Для литейщиков она предстает сложной нау







Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2023 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.