авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный технический ...»

-- [ Страница 3 ] --

Вблизи фурм углерод кокса, взаимодействуя с кислородом дутья, сгорает.

В результате выделяется теплота и образуется газовый поток, содержащий СО, СО2, N2, H2, СH4 и другие газы.

Горячие газы, поднимаясь навстречу опускающейся шихте, нагревают ее, охлаждаясь у колошника до температуры 300–400°С (в районе фурм темпера тура достигает 2000°С). При нагреве шихты до температуры 570°С начинается восстановление оксидов железа. По признаку убывания кислорода оксиды же леза можно расположить в следующий ряд: Fe2O3;

Fe3O4;

FeO;

Fe.

Восстановление оксидов до чистого железа идет по следующим реакци ям: 3Fe2O3 + СО;

2Fe3O4 + СО2;

Fe3O4+ СО ;

3FeO + СО2;

FeO + СО;

Fe + СО2.

Аналогично восстанавливаются марганец, кремний, фосфор, сера, содер жащиеся в руде, топливе, флюсах, огнеупорах. Часть серы благодаря основно му флюсу переводится в шлак.На уровне распара и заплечиков железо (точнее сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором, серой) расплавля ется и каплями, протекая по кускам кокса и насыщаясь углеродом, стекает на лещадь печи. Шлак, имея меньшую плотность, располагается сверху металла (всплывает). Чугун выпускают через чугунную летку каждые 3–4 часа, а шлак через шлаковую летку (она расположена выше чугунной) каждые 1–1,5 часа.

Основной продукцией доменной плавки является чугун (предельный или литейный) разного химического состава (например, 4–4,5% С;

0,8–1,2% Si;

0,15–0,3% Р;

0,03–0,07% S), а также ферросплавы (ферросилиций, ферромарга нец, феррохром, феррованадий и др.).

Побочные продукты доменного процесса – шлак (дорожное строительст во, шлаковата, цемент, шлакоблочные изделия и пр.) и доменный газ (топливо для воздухонагревателей, для отопления и т. п.).

Доменная печь – агрегат непрерывного действия. Она с момента ввода в эксплуатацию (задувки) работает непрерывно от 5–7 до 12–15 лет.

В технической литературе описан случай, когда домна проработала непрерывно 38 лет. При остановке печи на ремонт прекращают засыпку материалов. Ос тавшаяся шихта опускается вниз, верхняя часть печи, освобождаясь, сильно на гревается горячими газами. Для предохранения засыпных устройств от разру шения их необходимо интенсивно охлаждать.

Производство стали. Сущность передела чугуна в сталь заключается в снижении содержания углерода и примесей путем их избирательного окисле ния и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Основными исходными материалами для производства стали служат пе редельный (белый) чугун и стальной лом (скрап). Сталь отличается от чугуна значительно более низким содержанием углерода и примесей.

Нагрев в процессе выплавки стали осуществляется двумя способами:

а) внешним теплом, вводимым в плавильное пространство печи (марте новская, электропечь). Так можно перерабатывать жидкий и твердый чугун, а также скрап в любом количестве;

б) химическим теплом, получаемым от реакции окисления примесей в чу гуне (конвертеры). В этом случае чугун должен быть жидким, а количество скрапа ограничено (не более 30% от массы загрузки агрегата).

Окислителем служат технически чистый кислород, продуваемый через жидкую массу чугуна, а также железная руда.

Процесс может быть основным (достаточно полно удаляются сера и фос фор, но трудно раскислить сталь непосредственно в печи) или кислым (сталь очень полно раскисляется, но сера и фосфор не удаляются). При использовании основного процесса раскисление возможно только в ковше.

При окислении примесей кислородом выделяются большое количество тепла, поэтому при продувке жидкого чугуна не только не нужно применять внешние источники нагрева, а наоборот, приходится охлаждать агрегаты по из бежание перегрева.

Основные реакции окисления примесей:

2Fe + O2 = 2FeO + 264кДж;

2FeO + Si = SiO2 + 2Fe + 330 кДж;

5FeO + 2P = P2O5 + 5Fe + 226 кДж;

FeO + Mn = MnO + Fe + 123 кДж;

FeO + С = CO + Fe - 154 кДж.

Нерастворимые соединения в зависимости от плотности будут перехо дить либо в шлак, либо в металл. Изменяя состав шлака, можно добиться того, что нежелательные примеси (например, вредные сера и фосфор) будут удалять ся из металла в шлак. Например, сера, входящая в сталь в виде сульфида FeS, растворяется в основном шлаке: FeS + СаО = CaS + FeO.

Таким образом, регулирование состава шлака с помощью флюсов являет ся одним из основных путей управления металлургическим процессом.

Завершающим этапом выплавки стали является ее раскисление (восстановление железа из оксида FeO). Раскисление осуществляют введением в жидкую сталь раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия) непосредственно в сталеплавильном агрегате (при использовании кислого процесса) и (или) в ков ше при разливке (в любом процессе). Сталь выпускают спокойной или кипя щей, иногда – полуспокойной. Готовую сталь разливают в изложницы.

В настоящее время сталь выплавляется в мартеновских печах, конвертерах и электропечах.

Мартеновская печь – пламенная отражательная регенеративная печь.

Она имеет плавильное пространство, ограниченное сверху сводом, снизу по дом, с боков – стенками, имеющими загрузочные окна. Футеровка печи может быть кислой или основной. В нашей стране работают мартеновские печи вме стимостью 200–900 тонн жидкой стали.

Отапливается печь газом (реже мазутом). Смесь газа и воздуха подогре вается в регенераторах (их два – один нагревает смесь газа и воздуха, а второй – нагревается сам отходящими газами) и поджигается, образуя факел. Факел име ет температуру 1700–1800°С и нагревает футеровку печи и шихту, а также спо собствует окислению примесей шихты при плавке.

В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают:

1) скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и твердого чушкового чугуна. Такой процесс применяют на заводах, где нет доменного производства (нет жидкого чугуна), но много металлолома (то есть на машиностроительных заводах);

2) скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (до 75%), скрапа и железной руды (для окисления примесей). Преимуществен но он применяется на металлургических заводах.

Наибольшее количество стали производят в мартеновских печах с основ ной футеровкой скрап-рудным процессом.

Кислородный конвертер – это сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом. Вместимость конвертера 130– тонн жидкого чугуна. Конвертер в процессе работы может поворачиваться на цапфах вокруг горизонтальной оси для завалки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака. Шихта состоит из жидкого предельного чугуна, стального лома (не более 30%), извести для наведения шлака, железной руды для окисления, боксита (А12О3) и плавикового шпата (СаF2) для разжижения шлака.

Сначала конвертер наклоняют для завалки шихты, затем поворачивают в вертикальное положение и через охлаждаемую водой фурму подают сверху ки слородное дутье. Струя кислорода (под давлением 1–1,5 МПа) вызывает пере мешивание шихты и ее интенсивное окисление.

Когда содержание углерода и примесей достигает заданного значения, по дачу кислорода прекращают, конвертер наклоняют и выпускают сталь в разли вочный ковш, где ее раскисляют. После этого сливают шлак.

Конвертирование стали самый производительный способ (плавка длится 25–50 мин), однако трудно получить сталь строго заданного состава.

Электросталь – самая лучшая по качеству, так как в электропечах можно получить высокую температуру металла, создать окислительную, восстанови тельную, нейтральную атмосферу, вакуум, хорошо раскислить сталь. Поэтому электропечи используют для получения высококачественных легированных, инструментальных, специальных сталей и других сплавов. Из-за значительного расхода электроэнергии сталь получается более дорогой, чем при использова нии других способов.

Плавильные печи бывают дуговыми и индукционными. Дуговая электро печь питается трехфазным током и имеет три электрода из графитизированной массы. Между электродами и металлической шихтой возникает электрическая дуга, теплота которой передается металлу и шлаку излучением. Рабочее напря жение 150–600 В, сила тока 1000–10 000 А. Футеровка печи – основная или кислая (реже).

В основной дуговой печи можно осуществить плавку двух видов:

а) без окисления примесей. По сути дела это переплав легированных от ходов машиностроительных заводов. В ходе плавки удаляют вредные примеси, доводят металл до требуемого химического состава;

раскисляют;

б) плавка на углеродистой шихте с окислением примесей. В печь загру жают шихту: стальной лом, чушковый чугун, известь. Электроды опускают и включают ток;

шихта плавится. Кислородом воздуха, оксидами шихты и ока лины окисляются железо и примеси.

Оксид кальция из извести и оксиды железа образуют основной шлак, спо собствующий удалению фосфора и серы. После доведения металла до нужного состава сливают шлак и подают раскислители и ферросплавы (для получения легированной стали).

Лекция 10. Особенности производства цветных металлов Получение меди. Медные руды бедные, содержат не более 5–6% меди, поэтому рентабельной считается руда, содержащая 1–2% меди. Основные мед ные руды: сульфидные (медный колчедан – халькопирит СuFeS2;

халькозин– медный блеск CuS) и окисленные (куприт Cu2O;

CuO) и некоторые другие.

Процесс получения меди складывается из следующих этапов:

• Обогащение руды путем флотации, основанной на смачиваемости водой породы и несмачиваемости частиц, содержащих медь. В результате получается медный концентрат, содержащий до 30% меди.

• Обжиг концентрата в пламенных или электрических печах при темпера туре 1200–1300°С (плавка на штейн).

Штейн – сплав сульфидов меди Cu2S и железа FeS с содержанием меди до 60%.

• Продувка штейна в конвертере воздухом для окисления сульфидов меди и железа, перевода образующихся оксидов в шлак, а серы в SO2 (газ).

В результате получают черновую медь, содержащую 98–99% меди и небольшое количество золота, серебра, цинка, свинца, теллура, селена и др. Одновременно из отходящих газов извлекают серу.

• Огневое и электролитическое рафинирование с попутным извлечением золота, серебра, теллура, селена и пр.

Электролитическим рафинированием получают медь чистотой 99,90– 99,99% (марки Ml, М0 и М00), огневым рафинированием чистотой 99,0– 99, (марки М2, М3, М4).

Получение алюминия. Алюминий по распространению в природе зани мает третье место после кислорода и кремния, а среди металлов – первое (в земной коре примерно 7,5 % алюминия). Для получения алюминия необхо димо значительное количество электроэнергии, поэтому его массовое произ водство стало возможным, когда появились дешевые источники электроэнер гии (ГЭС). В начале прошлого века алюминий ценился дороже золота. Первый алюминиевый завод в нашей стране был пущен в 1932 г. на базе Волховской ГЭС.

Рудами алюминия являются породы, богатые глиноземом А12О3 и зале гающие крупными массами. Важнейшая руда – бокситы– состоит из гидратов оксидов алюминия и железа, кремнезема, соединений кальция, магния и др.

Производство алюминия слагается из трех основных процессов:

• Получение глинозема щелочным способом: бокситы обрабатывают ще лочью NaOH, фильтруют, обезвоживают обжигом при температуре 1100–1200°С. Одновременно получают криолит Na3AlF6 из плавикового шпата;

его отфильтровывают и просушивают в сушильных барабанах.

• Электролиз глинозема в расплавленном криолите при температуре 930– 3970°С в ванне из углеродистого материала. Катодом служит расплавленный алюминий слоем 200–300 мм на дне ванны, анодом – углеродистые блоки, по груженные в электролит. Процесс идет на постоянном токе напряжением 4–4,5 вольта и силой тока 70–140 тысяч ампер. Алюминий собирается на дне ванны и периодически извлекается;

на дне ванны оставляют немного алюминия (катод). В результате электролиза получается алюминий – сырец, содержащий примеси и газы.

• Рафинирование первичного алюминия производят:

а) продувкой хлора через расплав алюминия в закрытом ковше. Обра зующийся парообразный хлористый алюминий обволакивает частички приме сей, которые всплывают и их удаляют. Для выделения газов из металла его вы держивают 30–45 мин. при температуре 690–730°С. Чистота алюминия состав ляет 99,5–99,85 %;

б) для получения алюминия высокой чистоты (электротехнического) применяют электролитическое рафинирование (электролит – раствор хлори стых и фтористых солей;

катод – пластины чистого алюминия). Можно полу чить алюминий чистотой 99,999 %. Расход электроэнергии составляет 17–19 кВт-ч на 1 кг алюминия.

Производство магния. Подобно алюминию магний получают электроли зом из его расплавленных солей.

Основным сырьем для получения магния являются карналлит (MgCl2– KCl–6H20), магнезит (MgCO3), доломит (CaC03–MgCO3), бишофит (MgCl2– 6H2O). Наибольшее количество магния получают из карналлита. Сначала кар наллит обогащают и обезвоживают. Безводный карналлит (MgCl2–KCl) ис пользуют для приготовления электролита.

Электролиз осуществляют в электролизере, футерованном шамотным кирпичом. Анодами служат графитовые пластины. Электролизер заполняют расплавленным электролитом состава: 10% MgCl2, 45% СаС12, 30% NaCl, 15% КС1 с небольшими добавками NaF и CaF2. Такой состав электролита необ ходим для понижения температуры его плавления [(720±10)°С]. Для электроли тического разложения хлористого магния через электролит пропускают ток. В результате образуются ионы хлора, которые движутся к аноду. Ионы магния движутся к катоду и после разряда выделяются на поверхности, образуя ка пельки жидкого чернового магния. Магний имеет меньшую плотность, чем электролит, поэтому он всплывает на поверхность, откуда его периодически удаляют вакуумным ковшом.

Черновой магний содержит 5 % примесей, поэтому его рафинируют пе реплавкой с флюсами. Для этого черновой магний и флюс, состоящий из MgCl2, КС1, ВаС12, CaF2, NaCl, СаС12, нагревают в электропечи до температуры 700 – 750°С и перемешивают. При этом неметаллические примеси переходят в шлак.

После этого печь охлаждают до температуры 670 °С, и магний разливают в из ложницы на чушки.

Производство титана. Сырьем для получения титана являются титано магнетитовые руды, из которых выделяют ильменитовып концентрат, содер жащий 40-45 % TiO2, ~30% FeO, 20% Fe2O3 и 5–7 % пустой породы. Название этот концентрат получил по наличию в нем минерала ильменита FeO–TiO2.

Ильменитовый концентрат плавят в смеси с древесным углем, антраци том в рудотермических печах, где оксиды железа и титана восстанавливаются.

Образующееся железо науглероживается, и получается чугун, а низшие оксиды титана переходят в шлак. Чугун и шлак разливают отдельно в изложницы. Ос новной продукт этого процесса – титановый шлак содержит 80–90 % ТiO2, 2–5 % FeO и примеси - SiO2, А12О3, СаО и др. Побочный продукт этого процес са – чугун – используют в металлургическом производстве.

Полученный титановый шлак подвергают хлорированию в специальных печах. В нижней части печи располагают угольную насадку, нагревающуюся при пропускании через нее электрического тока. В печь подают брикеты тита нового шлака, а через фурмы внутрь печи – хлор. При температуре 800–1250°С в присутствии углерода образуется четыреххлористый титан, а также хлориды CaCl2 MgCl2 и другие:

TiO2 + 2С + 2С12 = TiCl4 + 2CO.

Четыреххлористый титан отделяется и очищается от остальных хлоридов благодаря различию температуры кипения этих хлоридов методом ректифика ции в специальных установках.

Титан из четыреххлористого титана восстанавливают в реакторах при температуре 950–1000 °С. В реактор загружают чушковый магний;

после от качки воздуха и заполнения полости реактора аргоном внутрь его подают паро образным четыреххлористый титан. Между жидким магнием и четыреххлори стым титаном происходит реакция:

2Mg + TiCl4 = Ti + 2MgCl2.

Твердые частицы титана спекаются в пористую массу– губку, а жидкий MgCl2 выпускают через летку реактора. Губка титана содержит 35– 40% магния и хлористого магния. Для удаления из титановой губки этих примесей ее нагре вают до температуры 900–950 °С в вакууме.

Титановую губку плавят методом вакуумно-дугового переплава. Вакуум в печи предохраняет титан от окисления и способствует очистке его от примесей.

Полученные слитки титана имеют дефекты, поэтому их вторично переплавля ют, используя как расходуемые электроды. После этого чистота титана состав ляет 99,6– 99,7%. После вторичного переплава слитки используют для обработ ки давлением.

Производство меди. Железо и его сплавы – чугун и сталь – называют черными металлами. Все остальные металлы относятся к категории цветных, в том числе и благородные металлы – золото, серебро, платина.

Разнообразие цветных металлов и обусловило разные методы их получе ния.

Как и черные металлы, цветные получают из рудного концентрата – пред варительно обогащенной руды. Но здесь процесс обогащения сложнее, по скольку многие руды являются полиметаллическими и содержат массу сопут ствующих как ценных элементов, так и вредных примесей. Например, среднее содержание меди в рудах составляет всего 1 – 2 %.

Сложность получения цветных металлов хорошо видна на примере меди.

Извлечение меди из руд производится двумя способами:

гидрометаллургическим и пирометаллургическим. Более широкое применение получил пирометаллургический способ, включающий следующие операции:

– обогащение руд с получением концентрата;

– обжиг концентрата;

– плавку на медный штейн-сплав;

– получение черновой меди;

– рафинирование.

После обогащения рудные концентраты подвергают обжигу для частично го удаления (до 50 %) серы. Руда, прошедшая обжиг, направляется на даль нейшую переработку, а образовавшийся сернистый газ SО2 используется для производства серной кислоты.

Плавка на штейн проводится в отражательных пламенных печах и элек тропечах, в их рабочем пространстве развивается температура до 1600 С. На поддоне печи постепенно скапливаются жидкие продукты плавки: шлак и штейн-сплав, состоящий, в основном, из сульфидов меди и железа, а также не большого количества примесей. Штейн по мере накопления выпускают в ковш.

В расплавленном состоянии штейн подают в конвертер для переработки в чер новую медь. На поверхность штейна загружают кварцевый песок для шлакова ния при продувке воздухом оксидов железа. Образовавшийся шлак сливают и направляют на повторную переработку в отражательные печи для извлечения меди. Оставшийся штейн приобретает белый цвет и состоит в основном из сульфидов меди. Содержание меди в белом штейне составляет около 80 %. По сле чего расплавленный белый штейн продувают воздухом и получают черно вую медь, которая содержит до 2 % примесей железа, серы, цинка, никеля, свинца и др. Ее разливают в слитки и отправляют на рафинирование.

Рафинирование черновой меди проводят огневым и электролитическим способами.

При огневом рафинировании черновую медь загружают в пламенные печи и после расплавления продувают воздухом с целью окисления меди и раство ренных в ней примесей. Образовавшиеся оксиды примесей нерастворимы в ме ди и удаляются в шлак. Затем металл раскисляют и перемешивают природным газом для удаления растворенных в нем газов.

После огненного рафинирования расплав содержит 99,5 – 99,7 % меди.

Полученную медь разливают в слитки или анодные пластины для электролити ческого рафинирования.

Электролиз меди проводят в ваннах, футерованными кислотостойкими ма териалами, например, листовым свинцом, асфальтом, керамическими плитами.

Электролитом служит15 %-ный раствор медного купороса в серной кислоте. В электролит погружают анодные пластины черновой меди и катоды, представ ляющие собой тонкие листы из чистой электролитической меди. При включе нии постоянного тока происходит растворение металла анодов, а на катоде происходит осаждение металлической меди. Электролитическая медь имеет более высокую чистоту от примесей и содержит до 99,98 % Сu.

Катодную медь переплавляют в плавильных печах, разливают в слитки и отправляют для проката на лист, трубы и проволоку, а также для выплавки сплавов меди – латуней и бронз.

Производство алюминия. Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре. Он преимущественно встречается в виде соединений с кислородом и кремнием – алюмосиликатов. Для получения алюминия исполь зуют руды, богатые глиноземом А12О3 (бокситы). Технологический процесс производства алюминия состоит из этапов:

– извлечение глинозема из алюминиевых руд;

–электролиз расплавленного глинозема с получением первичного алюминия;

– рафинирование.

Алюминий получают электролизом глинозема, растворенного в расплав ленном криолите. Криолит образуется в результате взаимодействия плавиковой кислоты с гидроксидом алюминия с последующей нейтрализацией содой.

Электролиз осуществляют в алюминиевой ванне – электролизере (рис. 9).

Ванна имеет стальной кожух, стены и подину которой изготовляют из уголь ных блоков, теплоизолированных шамотным кирпичом. Угольный корпус ван ны является катодом электролизера. Анодами служат угольные электроды, вер тикально погруженные в расплав. Электролит нагревается до рабочей темпера туры протекающим током. Глинозем, расходуемый в процессе электролиза, пе риодически загружается в ванну сверху. Жидкий алюминий скапливается на подине электролизера и периодически удаляется с помощью специальных ков шей.

Первичный алюминий, полученный в электролизной ванне, загрязнен примесями, неметаллическими включениями, а также газами (преимуществен но водородом). Для очистки алюминия его подвергают рафинированию. Наи более чистый алюминий получают электролитическим рафинированием с чис тотой до 99,996 %, который потребляется электрической, химической и пище вой промышленностью.

Рис.9. Схема электролиза для производства алюминия:

1 – катодные угольные блоки;

2 – огнеупорная футеровка;

3 – стальной кожух;

4 – угольные плиты;

5 – жидкий алюминий;

6 – металлические стержни с шинами;

7 – угольный анод;

8 – глинозем;

9 – жидкий электролит;

10 – корка затвердевшего электролита;

11 – катодная токоподводящая шина;

12 – фундамент Производство магния. Сырьем для производства магния являются магне зит, доломит и карналлит.

Существуют два способа получения металлического магния: термический и электролитический.

Более распространен электролитический способ производства металличе ского магния. Он состоит из двух основных процессов: получения хлористого магния из исходного сырья и его электролиза.

Хлористый магний получают обжигом магнезита или доломита и хлориро ванием образовавшегося оксида магния при 800 – 900 °С в присутствии восста новителя (углерода). Электролиз расплавленного хлорида магния производится в электролизерах.

Как и при электролизе глинозема, электрический ток, проходя через элек тролит, нагревает его и осуществляет электрохимический процесс. Плотность магния меньше плотности электролита, поэтому магний всплывает и скаплива ется на поверхности ванны. Расплавленный магний периодически удаляют с помощью специальных ковшей.

После электролиза магний подвергают рафинированию, которое осущест вляют переплавкой в тигельных печах с флюсами. Рафинированный металл, со держащий не менее 99,9 % магния, разливается в чушки. При разливке струя магния предохраняется от соприкосновения с воздухом путем опыления по рошком серы.

Производство титана. Из-за высокого сродства к кислороду прямое вос становление титана из его оксидов представляет большие трудности.

Процесс получения технического титана состоит из:

–обогащения руды и получения диоксида титана;

–получения четыреххлористого титана;

– восстановления титана и получения титановой губки;

– переплавки титановой губки в слитки.

Основными исходными рудами для производства титана являются ильме нит и рутил. Перед переработкой руды обогащают обычными методами (фло тацией, магнитной сепарацией и др.).

Восстановление титана производят обычно с помощью магния в специаль ных реакторах. Восстановленный титан выделяется на стенках реактора в виде губчатой массы, пропитанной хлористым магнием и магнием.

Для рафинирования губчатой массы ее вакууммируют при температуре 900 – 950 °С и проводят отгонку паров примесей магния и хлористого магния.

После охлаждения извлекают титановую губку.

Переплав титановой губки в слитки производят в вакуумных электриче ских дуговых печах. Во избежание загрязнения титана примесями плавку ведут в водоохлаждаемой медной изложнице. Для улучшения качества металла про изводят двойную переплавку.

Глава 4. Технологические процессы литья Лекция 11. Основы литейного производства.

Классификация литых заготовок. Способы литья Литье – один из старейших способов получения заготовок (в ряде случаев и готовых деталей) ракетно-артиллерийского вооружения. Первым литейным заводом в России был пушечно-литейный завод («Пушечная изба»), построен ный в Москве в 1479 г.

Большой вклад в развитие литейного производства внесли русские масте ра. Андрей Чохов отлил «царь-пушку» массой 21,2 т (1586 г.), Иван Моторин (1734 г.) – «царь-колокол» массой около 200 т. В 1860 г. инженером П. М. Обу ховым был отлит стальной ствол 12-фунтовой пушки, который выдержал около 4000 выстрелов.

В производстве современного вооружения литье применяется для полу чения заготовок артиллерийских стволов, верхнего и нижнего станков, люлек, дульных тормозов, деталей минометов, реактивных установок, боевых машин пехоты, боеприпасов и многого другого.

Методом литья можно изготовить изделия самой сложной конфигурации, которые при помощи других способов обработки получить трудно или невоз можно. Стоимость литой детали почти всегда ниже стоимости аналогичной де тали, изготовленной другими методами.

Сущность и основные способы литья. Литье – формообразование из жидкого (расплавленного) металла путем заполнения им полости заданной формы и размеров с последующей кристаллизацией. Продукция литья называ ется отливкой.

Сущность литья сводится к получению жидкого металла нужного химсо става и заливке его в заранее приготовленную литейную форму.

В процессе кристаллизации и охлаждения залитого металла формируются ос новные механические свойства отливки, определяемые макро- и микрострукту рой сплава, его плотностью, наличием неметаллических включений, внутрен них напряжений и т. п.

Широкое применение литья обусловлено такими преимуществами, как возможность изготовления отливок практически любой конфигурации массой от долей грамма до сотен тонн;

относительная простота и невысокая стоимость технологической оснастки;

возможность получения изделий из малопластич ных материалов (чугуны, силумины, литейные бронзы и латуни), переработка которых другими способами затруднена или невозможна.

В принципе получить отливку можно из любого материала, однако для получения изделий высокого качества применяют сплавы, обладающие необхо димыми литейными свойствами: достаточной жидкотекучестью, возможно ма лой усадкой, однородностью (малой склонностью к ликвации), легкоплавко стью, малой газопоглощаемостью, трещиноустойчивостью и некоторыми дру гими.

Жидкотекучесть – способность сплава воспроизводить рельеф литейной формы. При недостаточной жидкотекучести форма заполняется не полностью (недолив), и отливка бракуется. Высокой жидкотекучестью обладают силуми ны, серые (литейные) чугуны, кремнистые бронзы.

Усадка – уменьшение сплава в объеме и линейных размерах при затвер деваний. Линейная усадка выражается отношением :

k = (lф-lот)-100/lот %, где lф и l от – размеры формы и отливки соответственно.

Сплавы должны иметь возможно меньшую усадку, т. к. она способству ет появлению усадочных раковин, пористости, напряжений, вызывающих ко робление отливок и трещин. Линейная усадка в среднем составляет: для серого чугуна 1,0–1,3%,углеродистой стали 1,2 – 2,4%, легированной стали 2,5 – 3,0%, силумина 1,0 – 1,5%, магниевых сплавов 1,0 – 1,6%, латуней 1,5 – 1,9%, оловянистых бронз 1,0 – 1,5%, безоловянистых бронз 1,6 – 2,2%.

Ликвация – неоднородность химического состава в различных частях от ливки. Чем шире температурный интервал кристаллизации сплава и ниже ско рости охлаждения, тем больше ликвация. По технологическим признакам ли тейное производство включает в себя ряд способов, классификация которых определяется государственными стандартами. ГОСТ 18169–86 устанавливает свыше 50 способов литья, среди которых наибольшее применение в производ стве получили: литье в песчаные формы (в землю), в оболочковые формы, в металлические формы (кокили), по выплавляемым моделям, под давлением воздуха или поршня, центробежное и некоторые другие.

Литье в песчаные формы. Литье в песчаные формы (литье в землю) – процесс получения отливок путем свободной заливки расплавленного металла в форму, изготовленную из песка с добавлением глины, воды и небольшого ко личества специальных добавок.

Крупногабаритные отливки: дульные тормозы, корпуса редукторов меха низмов наводки, нижние и верхние станки, люльки обойменного (иногда и ко робчатого) типа, блоки цилиндров двигателей.

Модельный комплект. Модельный комплект – это совокупность техноло гической оснастки и приспособлений, необходимых для образования в форме по лости, соответствующей контурам отливки. В модельный комплект включают мо дели, модельные плиты, стержневые ящики и другие приспособления.

Литейная модель (рис.10 а) – приспособление, с помощью которого в ли тейной форме получают полость с формой и размерами, близкими к конфигура ции получаемой отливки. Модели бывают неразъемные, с отъемными частями и др.

Модельная плита (рис.10 б) – металлическая плита с закрепленными на ней моделями и элементами литниковой системы. Ее применяют, как правило, при машинной формовке.

Стержневой ящик (рис.10 в) – приспособление, служащее для изготовле ния стержней. Стержневые ящики бывают цельные, разъемные, вытряхные и др.

Исходным документом для разработки чертежа модельно-литейных указаний яв ляется чертеж детали (рис.12 а), на котором указаны разъем модели и формы, по ложение отливки в форме при разливке, припуски на механическую обработку, формовочные уклоны, число стержней, размеры стержневых знаков, границы стержней и т. п. Оформление чертежей элементов литейной формы и отливки осуществляется по ГОСТ 3.1125– 88.

Рис.10. Модельный комплект: а– литейная модель;

б–модельная плита;

в –стержневой ящик для корпуса вентиля: 1 – центрирующие шипы;

2 – стержневые знаки;

3 – центрирующие штыри;

4– металлическая плита;

5– модели отливок;

6 – модели элементов литниковой системы Поверхность разъема модели и формы должна обеспечивать свободное из влечение модели из формы при минимальном числе стержней и отъемных частей.

При этом обрабатываемые поверхности отливки должны находиться преимуще ственно в нижней полуформе, что гарантирует получение плотной обрабатывае мой части отливки (рис.11 а).

Рис.11. Чертежи: а–детали;

б– элементов литейной формы для корпуса вентиля На чертеже поверхность разъема модели и формы обозначают линией МФ и стрелками направления верха В и низа Н (рис.11 б).

Припуск на механическую обработку I – слой металла, удаляемый в про цессе механической обработки отливки с ее обрабатываемых поверхностей для обеспечения заданной геометрической точности и качества поверхностного слоя детали. На чертеж припуск на механическую обработку наносят сплошной тонкой линией. Перед знаками обработки цифрами указывают величину припуска в соот ветствии с ГОСТ 26645-85.

Формовочные уклоны 4 служат для удобства извлечения модели из формы без ее разрушения и для свободного удаления стержня из стержневого ящика. Ук лоны выполняют в направлении извлечения модели из формы. Величину формо вочных уклонов выбирают по ГОСТ 3212–92 и указывают в чертеже.

Сопряжения стенок 5 в отливках выполняют скруглениями для облегче ния извлечения модели из формы, предотвращения появления трещин и усадоч ных раковин в отливках. Для получения отливки с заданными размерами ее мо дель должна быть больше отливки на величину усадки. Поэтому в чертеже литей но-модельных указаний показывают величину усадки в процентах.

При разработке чертежа элементов литейной формы обозначают все стержни 3, форму и размеры стержневых знаков 2, границы стержней, указывают плоскости набивки стержней, каналы для сбора газов и места их вывода из стерж ня. Конфигурация стержневых знаков и их размеры должны обеспечивать легкую установку стержней в форму и их устойчивость. С этой целью предусматривают специальные замки. Размеры стержневых знаков назначают по ГОСТ 3212–92 с учетом размеров стержня, способа формовки и его положения в форме.

Модели и стержневые ящики для единичного и серийного производства из готовляют деревянными, а для массового производства – из чугуна, алюминиевых сплавов, пластмассы. Металлические модели, модельные плиты и стержневые ящики изготовляют из литых заготовок, полученных литьем в песчаные формы по деревянным моделям. Заготовки затем обрабатывают на универсальных, то карных, фрезерных, шлифовальных, сверлильных и других станках. После обра ботки модели монтируют на заранее подготовленных плитах.

Металлические модельные плиты и стержневые ящики используют в мас совом и крупносерийном производствах. Они более долговечны, точны, имеют малую шероховатость поверхности и не деформируются при хранении. Изготов ление литейных форм с применением металлических модельных плит и стержне вых ящиков обеспечивает большую точность и хорошее качество поверхности отливок.

По чертежу отливки в модельном цехе делаются литейные модели и стержневые ящики, размеры которых отличаются от размеров отливки на вели чину усадки.

Модель предназначена для получении и формовочной смеси отпечатка отливки, а стержневой ящик – для изготовлении стержней, формирующих внутренние полости в отливках. В мелкосерийном производстве применяют де ревянные модели и ящики;

в серийном и массовом – чугунные, силуминовые или пластмассовые.

На рис.12 показана модель, состоящая из двух половинок, имеющая зна ковые части. Знаки модели при формовке образуют углубления, в которых за крепляются песчаные стержни. Стержни, образующие внутреннюю полость от ливки, изготовляют в стержневых ящиках, сделанных также из двух половинок.

Рис.12 Литейная форма в сборе: 1– стержень;

2, 4 – верхняя и нижняя опоки;

3 – штырь;

5– выпор;

6 – канал для отвода газов;

7 – литниковая чаша;

8– стояк;

9– шлакоуловитель;

10 – питатель Формовочную смесь, состоящую из песка (80–90 %), глины (12–8 %) и других компонентов, добавляемых в небольших количествах, увлажняют во дой и засыпают в формовочные приспособления – опоки. Затем в опоку укла дывают половину модели, засыпают формовочной смесью и утрамбовывают на вибpoмашинах или прессах. После извлечения модели получается полуформа, Аналогично изготовляют и вторую полуформу, используя другую половинку модели. В верхней полуформе предусматривают систему литниковых каналов 7, 8, 9, 10 (рис.12) для заливки металла, а также выпор 5 для выхода газов из полости формы.

После установки стержня I производят сборку полуформ, устанавливая верхнюю опоку 4 на нижнюю 2 и фиксируя контрольными штифтами 3.

Для лучшей вентиляции (газопроницаемости) формы в ее обеих половин ках делаются наколы.

После заливки формы и затвердевания отливки литейную форму разруша ют, извлекают отливку и освобождают ее и опоки от формовочной смеси.

Отрезку элементов литниковой системы (стояков, выпоров, питателей и др.) выполняют на фрезерных, шлифовальных станках или газовой резкой.

Для экономии материалов отработанную формовочную смесь и обрезки металла регенерируют.

Основные достоинства процесса – невысокая стоимость технологиче ской оснастки, возможность получать любые по массе и размерам отливки.

Недостатки: низкая точность размеров (14 – 16 квалитеты);

большая ше роховатость поверхности (Rz 320 и грубее);

крупнозернистая дендритная струк тура отливки с невысокими механическими свойствами.

Основными причинами низкой точности размеров и формы являются: на личие разъема в форме;

осыпание формовочной смеси при транспортировке и заливке;

расталкивание модели при выемке;

податливость формы.

Тем не менее в ряде случаев литье в землю является незаменимым способом получения рациональных заготовок деталей военной техники и вооружения.

Оболочковое литье. Этот способ является разновидностью литья в разо вые песчаные формы. Сущность процесса заключается в том, что форма изго товляется из смеси мелкозернистого кварцевого песка (92 – 97%) и порошка фенолоформальдегидной (бакелитовой) термореактивной смолы (3 – 8%). Особенностью этой смеси является ее способность при нагреве до – 120°С плавиться, а при дальнейшем нагреве свыше 160 С необратимо затвер девать и образовывать тонкую (6–12 мм), прочную, газопроницаемую оболочку (корку).

В производстве военной техники оболочковое (корковое) литье применя ют для получения коленчатых валов двигателей САУ, тягачей, танков, мото циклов;

опорных и поддерживающих катков гусеничных машин;

зубчатых ко лес и других деталей.

Техпроцесс изготовления оболочковых литейных форм бункерным (наи более производительным) способом складывается из следующего (рис.13):

–изготовляется металлическая модель 4 с учетом того, что модель в про цессе формовки нагревается;

–нагретая до 250°С модель закрепляется на бункере 1 скобами 3 (позиция I) и поворачивается на 180° (позиция II);

формовочная смесь попадает на нагре тую модель;

–термореактивная смола плавится и склеивает частички песка, образуя по ка еще рыхлую (полусырую) корочку;

толщина оболочки регулируется време нем выдержки за 15 – 20 с образованием корки толщиной 8 – 12мм.

Бункер возвращается в исходное положение (позиция 3), лишняя формо вочная смесь ссыпается вниз, а модель с оболочкой помещается на 2 – 3 мин в печь, где при температуре 250 – 300°С происходит окончательное спекание оболочки. Аналогично получают вторую полу форму, полуформы склеивают или скрепляют зажимами, предварительно проставив песчаные стержни, и по дают под заливку. Крупные оболочки перед заливкой устанавливают в ящики и засыпают дробью или песком.

Для извлечения отливки после затвердевания сплава форму разрушают (рис.13).

Рис.13. Бункерный способ изготовления оболочковых полуформ Преимущества литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в зем лю: более высокая точность (12 – 14 квалитеты) и качество поверхности (Rг 160–40);

высокая газопроницаемость оболочек (поскольку нет глины), что существенно снижает брак по газовым пузырям и раковинам;

меньше расход формовочной смеси (в 20–30 раз);

процесс легко механизировать и автоматизи ровать;

высокая производительность формовки (до 500 оболочек в час).

Недостатки: ограниченная масса отливок (до 300 кг, наиболее экономич но до 50 – 80 кг);

большая стоимость формовочных материалов за счет высокой стоимости смолы.

Литье по выплавляемым моделям. Это один из наиболее точных спосо бов литья. Сущность способа состоит в том, что формовка ведется по модели из легкоплавкого состава (парафин, стеарин, церезин, воск, их смеси и т. п.), кото рая покрывается тонкой керамической оболочкой. Впоследствии модель вы плавляется, а полость оболочки заливается металлом.

Литье по выплавляемым моделям нашло широкое применение. Данный способ применяется также при изготовлении деталей приборов, охотничьих ружей, измерительного и режущего инструмента, зубчатых колес, художест венных и ювелирных изделий и многих других деталей. Схема литья по вы плавляемым моделям показана на рисунке 14.

а, б - модель в стальных пресс–формах в - модель литниковой системы г -модель с кварцевым песком д - форма с расплавленным металлом Рис.14. Схема литья по выплавляемым моделям Изготовление моделей производится в стальных пресс–формах (рис.14 а, б) путем запрессовки в них модельного состава. Широкое применение нашли составы ПС50–50 (50% парафина и 50% стеарина) и некоторые другие. Темпе ратура плавления этих составов 50–58 °С. Поверхность пресс–форм подвергают цементации, закалке до HRC 50 и хромированию.

Мелкие модели собирают в блоки, припаивая их нагретым ножом к об щей модели литниковой системы для уменьшения отходов металла (рис.14 в). В один блок объединяют от 2 до 100 моделей.

Литейные формы по выплавляемым моделям изготовляют погружением модельного блока в керамическую суспензию, налитую в емкость, с последую щей обсыпкой кварцевым песком. Суспензию приготовляют тщательным пере мешиванием огнеупорных материалов (пылевидного кварца, электрокорунда, циркона и др.) со связующим – гидролизированным раствором этилсиликата.

После стекания с моделей излишков суспензии их обсыпают кварцевым песком или крошкой шамота в псевдоожиженном слое и сушат. Обычно керамическая оболочка состоит из 3 – 8 последовательно нанесенных слоев общей толщиной от 2 до 6 мм.

Выплавление моделей производят либо в ваннах с горячей водой (85 – 90 С), либо горячим воздухом (паром). Возврат модельного состава со ставляет 90 – 95 %. Готовую форму прокаливают при температуре 850 – 900°С;

при этом остатки модельного состава выгорают, поверхность формы становится гладкой, прочной и твердой.

Формы заливают металлом сразу же после прокаливания (горячими). Для крупных отливок форму помещают в ящик и засыпают песком или дробью.

После затвердевания металла керамическую корку отбивают. Для удале ния керамики в отверстиях и внутренних каналах отливки подвергают выщела чиванию при 120°С с последующей промывкой и сушкой.

Основное достоинство рассмотренного способа литья в том, что форма не имеет разъемов, и точность размеров отливки будет существенно выше (10 – квалитеты), чем при литье в песчаные формы, так как здесь исключены основ ные причины потери точности. Шероховатость поверхности отливки по лучается низкой благодаря применению кварцевой муки (Rг не более 40 мкм).

В промышленности применяют следующие способов получения отливок:

Литье по выжигаемым моделям. При этом способе модель не выплавляют из формы, а выжигают. Модель изготовляют из пенополистирола и заформовы вают. Не извлекая модели, форму заливают жидким металлом. Модель при со прикосновении с расплавленным металлом испаряется, и металл занимает то пространство, где была модель.

Литье по растворяемым моделям. В этом случае модель изготовляют из солей (NaNO3, KNО3 и др.). После изготовления литейной формы модель рас творяют в воде.

Литье по замороженным моделям. Модель изготовляют из водных рас творов солей или ртути. Жидкий раствор заливают в штамп и замораживают.

После формовки модель удаляют из формы нагреванием.

Литье в кокиль. Литье в кокиль – процесс получения отливок путем сво бодной заливки металла в многократно используемые металлические литейные формы – кокили.

Рис.15. Кокиль для отливки корпуса, снаряда Кокиль представляет собой металлическую (чугунную, стальную) разъем ную литейную форму (рис.15 ). Точность сборки частей кокиля обеспечивается центрирующими штырями 2;

подвод металла в полость формы 6 осуществля ется по литнику 5. Заполнение формы металлом контролируется по выпору 7.

Газы из формы отводятся через выпор и специальные газовые каналы глубиной 0,2 – 0,5 мм вдоль разъема формы (на рисунке не показаны). Полости в отлив ках получают с помощью стержней (песчаных или металлических).

Способ литья в кокиль имеет ряд преимуществ перед литьем в разовые формы: металлическая форма выдерживает большое количество заливок (от нескольких сотен до сотен тысяч в зависимости от температуры заливаемого сплава);

высокая точность (11 – 12 квалитет) и качество поверхности (Rz 40);

мелкозернистая структура металла, вследствие повышенного теплоотвода фор мы, что приводит к существенному повышению механических свойств.

Литью в кокиль присущи и некоторые недостатки: большая стоимость формы (особенно сложной);

повышенная теплопроводность формы может при вести к быстрой потере жидкотекучести сплава (недолив) и получению отбела у чугуна (ледебуритный цементит);

при отливке стальных деталей форма имеет невысокую стойкость.

Техпроцесс литья в кокиль состоит из следующих операций:

–Подготовка кокиля к заливке (обдув сжатым воздухом, нанесение на ра бочую поверхность формы слоев облицовки и краски). Огнеупорная облицовка слоем 0,3 – 0,8 мм наносится через каждые 50 - 100 заливок;

тонкий слой мело вой краски - перед каждой заливкой (для повышения стойкости формы).

–Сборка кокиля с установкой стержней.

–Нагрев формы до 100–500°С для предотвращения снижения жидкотеку чести заливаемого сплава. Практически в процессе работы форма постоянно поддерживается в нагретом состоянии, – Заливка металла в форму.

– Извлечение отливки в горячем состоянии с помощью выталкивателей или вытряхиванием.

– Обрубка и очистка литья.

Все операции литья в кокиль могут быть механизированы. В обычных ли тейных машинах механизированы открывание и закрывание форм, установка стержней, выемка (выбивка) отливок.

Литье под давлением. Литье под давлением – процесс получения отли вок в металлических формах (пресс–формах), при котором заливка металла и формирование отливки осуществляются под давлением воздуха или поршня.

Сущность процесса заключается в заливке расплавленного металла в ка меру сжатия литейной машины и последующей перегонке его через литнико вую систему в полость формы. Заполнение формы происходит при высокой скорости потока (большой кинетической энергии струи), что способствует чет кому оформлению поверхностей отливок самой сложной конфигурации.

В артиллерийском производстве литьем под давлением получают детали гидроприводов, электрооборудования, распределительных коробок, приборных плат и др. Очень широкое применение способ нашел в артиллерийском при боростроении благодаря следующим преимуществам: возможность получения сложных (в том числе армированных.) отливок с тонкими стенками (от 0,8 мм), с готовыми отверстиями, мелкими резьбами и надписями;

высокая точность размером (8 – 12 квалитеты) и качество поверхности (Rz=l2,5 - 2 мкм);

высокая производительность;

возможность автоматизации процесса;

высокие механиче ские свойства отливок.

К числу недостатков следует отнести: высокую стоимость технологиче ской оснастки;

образование, пористости в массивных отливках из-за перемешивания жидкого металла с воздухом при высоких скоростях за ливки. Поэтому применение рассматриваемого способа, литья наиболее целе сообразно для получения сложных отливок с тонкими (до 6 мм) стенками, при чем наилучшее качество обеспечивается при толщине стенок 1,5 – 3 мм.

При литье под давлением металлические формы (пресс–формы) по конст рукции более сложны, чем кокили. Для образования внутренних полостей в от ливках применяются металлические стержни (применение песчаных стержней исключается).

Машины для литья под давлением имеют два основных механизма: меха низм открывания и закрывания формы и механизм, запрессовывающий рас плавленный металл в форму. Различают следующие типы машин: поршневого действия (с горячей и холодной камерами сжатия) и компрессорного действия (с подвижной и неподвижной камерами сжатия). Наибольшее распространение получили машины поршневого типа, так как в компрессорных машинах давле ние осуществляется сжатым воздухом и жидкий металл взаимодействует с ки слородом и азотом воздуха, что снижает его качество.

Машины поршневого типа с горячей камерой сжатия (рис. ) применяют для сплавов, имеющих температуру плавления до 450°С (цинковые, оловянные, свинцовые и т. п.) (рис.16).

Рис. 16. Схема поршневой машины с горячей камерой прессования Металл заливается в непрерывно подогреваемый тигель 1. При работе прессующего цилиндра 3 поршень 4 опускается, перекрывает отверстие 8, через которое расплавленный металл поступает в камеру прессования 2. Под давле нием поршня металл поднимается по каналу 7 и через мундштук 6 заливается в форму 5. Машины могут иметь гидро- или пневмопривод, просты по устройст ву, высокопроизводительны и могут полностью автоматизироваться, но при за ливке сплава, нагретого выше 5000С, между стенками поршня и цилиндр обра зуются пленки оксидов, что вызывает частые остановки машины.

Для получения отливок из более тугоплавких сплавов (медных, алюминие вых, магниевых и др.) применяются машины с холодной камерой сжатия (рис.17). После заливки дозы металла в камеру прессования 2 поршень 1 опус кается и, надавливая на пятку 4, открывает литниковое отверстие. Металл за прессовывается в форму 3. Когда металл затвердевает, пятка 4 поднимается и срезает остаток 5, освобождая тем самым выход отливки 6 вместе с литником.

Форма раскрывается, отливка удаляется, после чего цикл повторяется.

а – заливка б – прессование в – раскрытие формы Рис.17. Схема холодной вертикальной камеры сжатия Центробежное литье. Центробежное литье– процесс получения отли вок путем заливки расплавленного металла во вращающуюся форму, при кото ром формирование отливки происходит под действием центробежных (инерци онных сил). Внешняя поверхность отливки оформляется формой (она называет ся изложницей), а внутренняя получается под действием центробежных сил.


Форму вращают до полного затвердевания металла. Теоретические основы центробежного литья были разработаны Д. К.Черновым в 1878 г., практиче ское использование способа началось в 1909 г. на Путиловском заводе для из готовления стальных артиллерийских труб (стволов) и корпусов снарядов.

Форма (изложница) приводится во вращение на специальных машинах для цен тробежного литья с вертикальной, горизонтальной или наклонной осями вра щения. На машинах первого типа (рис.18 а) отливают в основном детали вра щения, имеющие небольшую высоту (не более 500 мм): втулки, кольца, венцы червячных и зубчатых колес, корпуса снарядов, мин и т. п.

Рис.18. Схемы центробежного литья Внутренняя поверхность отливки получается без стержня и представляет собой параболоид вращения, поскольку центробежная сила и сила тяжести дей ствуют во взаимно перпендикулярных направлениях. Разностенность отливки по высоте тем больше, чем меньше скорость вращения формы.

При вращении формы вокруг горизонтальной оси (рис.18 б) отливка полу чается равностенной на любой длине (при достаточной скорости вращения), поэтому по такой схеме получают длинные трубы, в частности заготовки для орудийных стволов-моноблоков и свободных труб. По сравнению с другими способами получения заготовок (ковкой и прокаткой) достигается большая экономия дорогой стали, высокая производительность и сокращение объема механической обработки при вполне удовлетворительных механических свой ствах.

Литье заготовок стволов осуществляется на специальных машинах типа ЦМ-100 по следующему циклу (рис.18 в).

На этапе I производится разгон изложницы до рабочей частоты вращения (500 – 1500 об/мин). Во вращающуюся на роликах 3 изложницу I вводится мел ко зернистый кварцевый песок, который под действием центробежных сил по крывает форму равномерным слоем около 5 мм (этап II – футеровка формы).

Затем производятся заливка формы (этап III) строго дозированным количеством металла с помощью желоба 2, перемещающегося вдоль оси формы. После кри сталлизации охлаждения отливки до 700 – 800°С (этап IV) изложницу останав ливают (этап V). Из рисунка в видно, что время получения одной заготовки ствола составляет 35 мин.

Центробежное литье по сравнению с литьем в неподвижные формы имеет следующие преимущества: мелкозернистая структура отливок;

меньшая за грязненность неметаллическими включениями и газами, так как последние вы тесняются к центру вращения и впоследствии удаляются механической обра боткой;

для образования отверстий не требуются стержни;

экономится металл благодаря отсутствию литниковых систем, выпоров, прибылей и т. п. Недос татки способа: трудность получения точного размера отверстия;

повышенная ликвация сплава (устраняется диффузионным отжигом).

Центробежное литье применяют также для получения биметаллических изделий из композиций типа: сталь – бронза, чугун – бронза, сталь – чугун, сталь – сталь (разных марок) и т. п. Это достигается поочередной заливкой в форму различных сплавов.

Основные дефекты литья и их исправление. дефекты отливок: короб ление (искажение формы отливки);

пригар (прочное соединение поверхности отливки с формовочной смесью);

отбел;

трещины;

раковины газовые и усадоч ные;

рыхлость и пористость (неплотная структура металла);

механические по вреждения отливок (вмятины и забоины при выбивке и очистке литья);

шлако вые включения;

флокены;

недолив и др.

Многие отливки, имеющие дефекты, не бракуются, если эти дефекты можно исправить. Применяется целый ряд способов исправления дефектов.

Отливки, имеющие коробление или изгиб, подвергаются правке ударами бойка молота, нажатием ползуна пресса и вручную ударным инструментом (мо лоток, кувалда).

Раковины и трещины ремонтируют заливкой жидким металлом, наплав кой или заваркой (дуговой и газовой сваркой). Дефектное место предваритель но вырубается. Можно применять также ввертывание пробок.

Пористость в отливках устраняется пропиткой пор и пустот самотвердею щими материалами (асфальтовый и бакелитовый лаки, полистирол, жидкое стекло и др.) или замазкой, твердеющими пастами.

Классификация литых заготовок. По условиям эксплуатации незави симо от способа изготовления различают отливки общего, ответственного и особо ответственного назначений. К группе общего назначения относят отлив ки для деталей, не рассчитываемых на прочность. Конфигурация и размеры их определяются только конструктивными и технологическими соображениями. К группе ответственного назначения относят отливки для изготовления деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при статических нагрузках. От ливки особого ответственного назначения используют для изготовления дета лей, рассчитываемых на прочность и работающих при циклических и динами ческих нагрузках.

В зависимости от способа изготовления, массы, конфигурации поверх ностей, габаритных размеров, толщины стенок, количества стержней, назна чения и особых технических требований отливки делят на шесть групп слож ности.

Первая группа характеризуется гладкими и прямолинейными наружны ми поверхностями с наличием невысоких усиливающих ребер, буртов, фланцев, отверстий. Внутренние поверхности – простой формы. Типовые детали: крышки, рукоятки, диски, фланцы, муфты, колеса вагонеток, махо вики для вентилей и др.

Вторая группа характеризуется сочетанием плоских, цилиндрических и криволинейных поверхностей с наличием ребер, буртов, бобышек, приливов, отверстий. Внутренняя поверхность – простой формы со свободными (ми нимум двумя) выходами наружу. Детали представители: маховики со спица ми, корпуса патронов, зубчатые колеса, буксы, подпятники, корпуса редук торов и др.

К третьей группе относят детали коробчатой, цилиндрической формы в сочетании с криволинейными поверхностями, ребрами, бобышками, флан цами с отверстиями и углублениями. Внутренние построения с незначи тельными выступами и углублениями на одной из поверхностей, с неболь шими по высоте ребрами, бобышками, со свободными широкими выходами полостей на поверхность детали. Типовые детали: цилиндры ребристые, шпиндели, зубчатые колеса с литым зубом, задние бабки, корпуса редукто ров массой не менее 500 кг и др.

Четвертая группа характеризуется отливками закрытой и частично от крытой коробчатой или цилиндрической формы. Наружные поверхности– криволинейные и прямолинейные с выступающими частями и углублениями сложной конфигурации. Внутренние полости – сложной конфигурации с большим количеством выступов и углублений, ребер, перемычек, бобышек, со свободным выходом на поверхность детали минимум в одну сторону.

К этой группе относят корпуса передней бабки, траверсы, направляющие ап параты и лопасти гидротурбин, станины прессов, корпуса насосов и др.

Пятая группа включает детали закрытой коробчатой и цилиндрической форм с пересекающимися под различными углами ребрами на наружной по верхности, а также высокими выступающими и углубленными местами.

Внутренние полости сложной конфигурации со свободным или затруднен ным выходом на поверхность детали. Детали-представители: станины метал лорежущих станков, крышки цилиндров крупных дизелей, литые коленчатые валы дизелей, блоки цилиндров, корпуса центробежных насосов и др.

Шестая группа характеризуется отливками с особо сложными закрыты ми и цилиндрическими формами. На наружных криволинейных поверхно стях под различными углами пересекаются ребра, кронштейны и фланцы.

Внутренние полости имеют особо сложные конфигурации с затрудненными выходами на поверхность отливки. К этой группе относят станины специ альных металлорежущих станков, сложные корпуса центробежных насосов, детали воздуходувок, рабочие колеса гидротурбин и другие уникальные от ливки.

В зависимости от способа изготовления отливок, их габаритных разме ров и типа сплава ГОСТ 26645– 85 устанавливает 22 класса точности. Так, литьем в песчаные формы и центробежным литьем получают отливки 6–14 классов точности, в оболочках формах и кокилях – 3–8 классов точно сти;

литьем под давлением – 3–7 классов точности.

Раздел 3. Технологические процессы обработки пластическим де формированием Глава 5. Основы теории обработки металлов давлением (ОМД) Лекция 12. Сущность и основные способы обработки металлов давлением Обработкой металлов давлением называется механическая обработка, за ключающаяся в пластическом деформировании или разделении материала без снятия стружки.

В процессе пластического деформирования изменяется структура метал ла и повышаются его механические свойства, поэтому наиболее тяжелонагру женные детали получают обработкой давлением. В нашей стране примерно 90% всей выплавляемой стали и около половины цветных сплавов подвергают обработке давлением. Такие изделия, как автомобили, танк, самолет содержат по массе от 60 до 80% штампованных и кованых деталей.

По физической сущности обработка металлов давлением является процес сом пластической деформации. Пластическая деформация монокристалла происходит либо путем сдвига (скольжения), либо путем двойникования.

Механизм пластической деформации поликристаллов значительно слож нее. Это объясняется тем, что в поликристаллах зерна отличаются между со бой по форме и размерам, обладают неодинаковыми физико-механическими свойствами и различно ориентированы плоскостями и направлениями сдвига по отношению к деформирующей нагрузке.

Различают два вида деформации поликристаллических тел:

• внутрикристаллитную – по зерну;

• межкристаллитную – по границам зерен.

Первая, так же как и в отдельном монокристалле, протекает путем сдви га и двойникования, вторая – путем поворота и перемещения одних зерен от носительно других. Оба вида деформации протекают в поликристаллических телах одновременно (рис.19).


Рис. 19. Схема развития пластической деформации в поликристалле Поскольку в поликристалле зерна имеют различную ориентацию плоско стей сдвига, пластическая деформация начинается под действием внешних сил не во всех зернах одновременно. Вначале деформируются наиболее бла гоприятно ориентированные зерна, то есть те зерна, плоскости сдвига которых расположены относительно направления усилия под углом 45° (рис. 19 а, зерна 1, 2, 3, 4). Вместе с тем плоскости скольжения будут повора чиваться в сторону уменьшения угла и потребуется большее значение нагруз ки, чтобы продолжался процесс сдвига по тем же плоскостям. Остальные зер на поворачиваются в результате возникновения моментов сил плоскостями сдвига на угол 45° к оси прилагаемой нагрузки. После поворота осуществля ется их деформирование (рис. 19 б).

В результате пластической деформации происходит изменение формы зе рен. Зерна вытягиваются в направлении деформации и приобретают волокни стое строение с текстурой одинаковой ориентировки кристаллических реше ток. Пластическая деформация металла происходит как при холодной обра ботке давлением, так и при горячей.

С увеличением внешней силы Р происходит последовательное смещение частиц зерна. Кроме сдвига частиц зерна происходит и поворот смещенных частей зерна в направлении уменьшения угла между плоскостью скольжения и направлением силы Р. Этот поворот объясняется тем, что свободному смеще нию частей зерна препятствуют соседние зерна. В результате сдвигов и пово ротов плоскостей скольжения зерно постепенно вытягивается в направлении силы Р и металл приобретает волокнистое строение (рис.19 в) с анизотропией свойств.

При холодной ОМД металл интенсивно упрочняется (наклепывается) и теряет пластичность. При необходимости продолжить обработку давлением за готовку подвергают отжигу. Изделия, полученные холодной деформацией, от личаются высокими прочностными свойствами (благодаря наклепу), точными размерами и гладкой поверхностью, но так можно обрабатывать только весьма пластичные материалы. Холодная ОМД применяется обычно при прокатке тон кого листа, при волочении, при штамповке.

Горячая ОМД осуществляется при температурах, превышающих темпе ратуру рекристаллизации. При этом деформационное упрочнение (наклеп) пол ностью снимается, металл получает равноосную структуру, причем волокни стое строение сохраняется. Чем сильнее нагрет металл, тем выше его пластич ность и ниже сопротивление деформированию (в 10 – 15 раз для углеродистой стали). Однако нельзя допускать пережога (окисления по границам зерен), ко торый наблюдается вблизи линии солидуса.

Существенное влияние на пластичность и сопротивление деформирова нию оказывает схема напряжений. Практикой ОМД установлено, что в усло виях, отвечающих одноименным схемам со сжимающими напряжениями, пла стичность металла всегда выше, чем при одноименных схемах с растягиваю щими напряжениями. Академик Губкин С. И. писал: «Чем меньшую роль в схеме главных напряжений играют растягивающие напряжения и чем большую – сжимающие, тем большую способность к пластической деформации проявля ет металл». Например, прессованием, характеризующимся схемой всесторонне го неравномерного сжатия, можно обрабатывать даже малопластичные мате риалы, а волочением (два сжимающих и одно растягивающее напряжение) – только очень пластичные металлы.

На процесс ОМД большое влияние оказывает также контактное трение, то есть трение на контакте инструмента и заготовки. Как правило, контактное трение является вредным явлением. Потери энергии на преодоление сил трения могут достигать 30 – 50 % и более. Для снижения коэффициента трения и об легчения условий деформации применяют различные смазки и инструмент с полированной поверхностью. Однако в отдельных случаях, например, при про катке, трение является полезным фактором, поэтому там, наоборот, создают ус ловия для повышения трения.

Основными способами ОМД являются: прокатка, волочение, ковка, объ емная штамповка (ковка в штампах), листовая штамповка, а также некоторые специальные процессы, например, отделочная и упрочняющая обработка пла стическим деформированием.

Лекция 13. Нагрев металла и нагревательные устройства Нагрев заготовок при ОМД производят для повышения пластичности и снижения сопротивления металла деформированию (т. е. энергозатрат). По скольку в процессе обработки температура заготовки снижается (заготовка ос тывает), говорят о температурном интервале горячей ОМД.

Верхний предел горячей обработки tв выбирается таким образом, чтобы не было перегрева, пережога, интенсивного окисления и обезуглероживания (для сталей) нагреваемого металла. Нижний предел–tн должен быть не ниже темпе ратуры мгновенной рекристаллизации во избежание появления наклепа. Осно ванием для правильного выбора температурного интервала служит диаграмма состояния сплавов. Так, для углеродистых сталей этот интервал показан на диа грамме «железо – углерод» (рис.20 заштрихованный участок). Верхний предел tв располагается на 100 – 200°С ниже линии солидус, а нижний tн – на 30 – 50°С выше линии GS для доэвтектоидных и на 30 – 50°С выше линии PSK для заэв тектоидных сталей.

Температурный интервал ОМД для легированных сталей характеризуется некоторым сужением с небольшим понижением предельных температур.

Медь обрабатывается в зоне температур 900–700°С, латунь – 760–600°С, бронза – 900–750 °С, алюминиевые сплавы – 470–380°С, магниевые – 430– 300°С.

Для качества изделий, получаемых горячей обработкой давлением, имеет существенное значение не только режим нагрева, но и режим охлаждения.

Слишком быстрое охлаждение может привести к образованию в результате термических напряжений наружных трещин. Чем меньшую теплопроводность имеет сплав и чем больше размер изделия, тем медленнее должно быть охлаж дение. Последнее (в порядке увеличения продолжительности) осуществляется:

на воздухе;

на воздухе в штабелях;

в ящиках (ямах) с закрытыми крышками;

в закрытых ящках (ямах) с засыпкой песком, золой, шлаком и т. п.;

в печах.

Так, например, поковки из высоколегированной инструментальной стали даже самых малых размеров охлаждаются в печах;

крупные поковки из конст рукционной стали, начиная примерно с диаметра 500 мм, также охлаждаются в печах.

В производстве применяют два способа нагрева заготовок под горячую ОМД: а) прямой, при котором тепло аккумулируется непосредственно в метал ле (электроконтактный, индукционный);

б) косвенный, при котором тепло пе редается металлу какой-либо средой, нагретой до более высокой температуры (нагрев в пламенной печи, расплавах солей, электролитах).

Наиболее широко применяются камерные печи периодического действия с пламенным нагревом (рис. 20).

Рис.20. Схема камерной печи:1 – под;

2 – кожух;

3 – стенки;

4 – свод;

5 – окно;

6 – канал;

7 – форсунки;

8 – заслонка В них нагревают слитки под ковку стволов, казенников, клиньев затворов и других деталей. Металл загружается отдельными партиями (садками). После нагрева до требуемой температуры заготовки последовательно вынимают и де формируют. После обработки всей партии заготовок в печь загружают сле дующую садку.

Печь состоит из металлического каркаса 2, выложенного внутри огне упорным кирпичом из шамота. В боковой стенке расположено окно 5 для за грузки и разгрузки печи;

оно закрывается массивной чугунной заслонкой 8.

Сжигание топлива (мазут, горючий газ, пылевидный кокс) производится при помощи горелок или форсунок 7. Раскаленные газы, отдавшие тепло металлу, размещенному на поду 1, уходят через канал 6.

При ручной ковке мелких заготовок в полевых условиях применяют гор ны. Горны отличаются от нагревательных печей небольшими размерами, отап ливаются каменным углем или коксом;

металл нагревается в них при непосред ственном контакте с топливом.

Прогрессивным способом нагрева является электрический. Основные ви ды электронагрева: индукционный, контактный и в печах сопротивления.

Сущность индукционного нагрева состоит в том, что через индуктор – ка тушку из витков медной трубки, в которой циркулирует вода для охлаждения, пропускается переменный ток повышенной или промышленной частоты. Во круг витков катушки возникает переменное магнитное поле, которое создает в стальной заготовке, помещенной в индуктор, вихревые токи, быстро нагре вающие металл до требуемой температуры.

При контактном нагреве к концам заготовки через медные контакты зажимы подводят переменный ток силой в десятки тысяч ампер, напряжением от 2 до 15 вольт.

Электропечи сопротивления оборудованы металлическими спиралями из нихромовой ленты или карборундовыми нагревателями, через которые пропус кают ток. Тепло от нагревателей передается заготовкам атмосферой и стенками печи. В таких печах температура не превышает 1000°С, их применяют для на грева заготовок из цветных металлов и сплавов.

Лекция 14. Технологические операции обработки металлов давлением Прокатка металла. Прокаткой называется процесс деформации метал ла путем обжатия его между двумя вращающимися валками. При этом проис ходит уменьшение толщины заготовки (обжатие), увеличение ширины (ушире ние) и увеличение длины (вытяжка). Прокатка является одним из самых произ водительных способов ОМД и применяется преимущественно для получения стандартных заготовок и полуфабрикатов для дальнейшей их обработки.

В настоящее время прокатке подвергаются до 80 % всей выплавляемой стали и около 50 % цветных сплавов. Заготовки, полученные прокаткой, нахо дят широкое применение в производстве и ремонте. Прокаткой изготовляют подавляющее большинство заготовок для изготовления деталей ковкой, штам повкой, сваркой, резанием.

Выделяют три основных вида прокатки: продольную, поперечную и по перечно-винтовую.

Рис.21. Основные детали прокатки:

1 - валки;

2 - заготовка;

3 - оправка (игла) При продольной прокатке (рис.21 а) заготовка 2 деформируется между валками 1, вращающимися в разные стороны, и перемещается перпендикулярно к осям валков.

При поперечной прокатке (рис. 21 б) валки 1, вращаясь в одном правле нии, придают вращение заготовке 2 и деформируют ее.

При поперечно-винтовой (косой) прокатке (рис.21 в) валки расположены под углом и сообщают заготовке при деформировании вращательное и посту пательное движения.

Для осуществления процесса прокатки необходимо выполнить опреде ленные условия (рис. 22 а). Заготовка подается в валки с некоторой силой Q, которая вызывает со стороны валков нормальные реакции Р и силу трения Т.

Угол называется углом захвата, а дуга АВ– дугой захвата. Спроектировав си лы Р и Т на горизонтальную ось, получим P-sin – сила, стремящаяся вытолк нуть заготовку из валков;

T-cos a - сила, втягивающая заготовку в валки (рис. б).

Рис.22. Схема продольной прокатки: a – момента захвата заготовки валками;

б – установившийся процесс момент захвата Сортамент проката. В нашей стране почти все изделия, изготавливае мые прокаткой, стандартизованы. В стандартах приведены размеры, площадь поперечного сечения и масса погонного метра профиля. Для балок, швеллеров и уголков дополнительно стандартизированы: момент сопротивления, момент инерции, радиус инерции.

Совокупность различных профилей с разными размерами называется сортаментом проката.

Сортамент прокатываемых профилей разделяется на четыре основные группы: сортовой, листовой, трубный и специальный.

Сортовой прокат условно делят на простой (круг, квадрат, шестигран ник, прямоугольник) и фасонный (тавр, двутавр, рельс, уголок, швеллер и др.).

Круглую и квадратную сталь прокатывают соответственно с диаметром или стороной квадрата 5–250 мм;

шестигранную – с диаметром вписанного круга 6-100 полосовую – шириной 10-200 мм и толщиной 4-60 мм. Цветные металлы и их сплавы прокатывают преимущественно на простые профили.

Листовой прокат разделяют на тонколистовой (толщиной до 4 мм) и толстолистовой (толщиной 4–160 мм). Листы толщиной менее 0,2 мм называют фольгой. Расширяется производство листовой стали с оловянным, цинковым алюминиевым и полимерным покрытиями.

Трубы разделяют на бесшовные и сварные. Бесшовные трубы прокатыва ют диаметром 30 – 650 мм с толщиной стенки 2–160 мм, а сварные– диаметром 5–2500 мм с толщиной стенки 0,5– 16 мм.

К специальным видам проката относят колеса, кольца, шары, профили с периодически изменяющимися формой и площадью поперечного сечения вдоль заготовки.

Примеры профилей сортового проката показаны на рисунке 23.

Рис.23. Некоторые профили сортового проката:

а– простого, б– фасонного профиля Инструмент для прокатки. Инструментом для прокатки являются вал ки. Валки бывают: гладкие – для прокатки листов, лент;

ступенчатые – для про катки полосы и ручьевые– для получения сортового проката.

Вырез на боковой поверхности валка называется ручьем. Ручей верхнего и нижнего валков в совокупности образует калибр.

Сложные профили проката получают последовательными пропусками ме талла через серию калибров;

для рельсов число калибров (пропусков) обычно равно 9, для балок от 9 до 13, для проволоки от 15 до 19. Калибры могут быть расположены на одной паре валков (при малом количестве), на нескольких па рах валков или даже на нескольких прокатных станах (при прокатке сложных профилей). Комплект валков вместе со станиной называется рабочей клетью.

Прокатные станы. Оборудование, на котором прокатывается металл, называется прокатным станом. Прокатный стан состоит из одной или не скольких рабочих клетей, передаточного механизма и двигателя. Кроме того, современные прокатные станы оснащены вспомогательными механизмами для механизации процесса прокатки.

По числу и расположению валков в рабочей клети различают следующие группы станов:

ду–станы – с двумя валками в каждой клети: нереверсивные, имеющие постоянное направление вращения, и реверсивные, в которых металл можно пропускать в обе стороны;

трио– станы– с тремя валками в каждой клети. В одну сторону заготовку пропускают между нижним и средним, а другую - между средним и верхним валками;

многовалковые– с четырьмя (кварто-станы), шестью (сексто-станы) и большим (до 20) количеством валков. Рабочими являются только два валка, ос тальные – опорные;

универсальные – имеющие не только горизонтальные, но и вертикальные валки.

По назначению прокатные станы делятся на следующие виды:

обжимные, служащие для предварительного обжатия слитков в крупные заготовки. К ним относятся блюминги и слябинги. Блюминг представляет собой мощный реверсивный дуо-стан;

на нем производят квадратную заготовку (блюм), подвергаемую дальнейшей прокатке для получения сортовых профи лей. Слябинг– мощный универсальный двухклетьевой стан (первая клеть имеет вертикальные валки, вторая – горизонтальные), предназначен для получения прямоугольного проката (слябов), представляющих собой заготовки для листа;

заготовочные станы предназначены для проката блюмов и слябов в сор товую квадратную заготовку и плоскую заготовку (сутунку) сечением меньше, чем слябы. Эти заготовки используют для последующей прокатки в мелкие листы и ленту;

рельсобалочные станы – для прокатки рельсов, крупных балок, швеллеров и других профилей;

сортовые станы предназначены для получения сортового проката. Делят ся на крупно-, средне- и мелкосортные;

листопрокатные станы;

трубопрокатные станы служат для производства бесшовных и сварных труб.

Волочение металла. Волочением называется процесс ОМД, заключаю щийся в протягивании исходной заготовки через очко специального инстру мента – волоку, имеющую рабочее отверстие меньше, чем поперечное сечение заготовки. При этом площадь перечного сечения заготовки уменьшается, а дли на ее увеличивается.

Величина µ в первых и последних проходах составляет 1,15 – 1,25, при промежуточных – до 1,45.

Волочением получают проволоку диаметром от 0,002 до 6 мм, трубы от капиллярных до 200 мм в диаметре, калиброванные прутки разных размеров и профилей. Изделия отличаются высокой точностью и качеством поверхности, повышенными прочностными свойствами. Это объясняется тем, что волочение осуществляется в холодном состоянии.

Схемы волочения показаны на рисунке 24.

Рис.24. Схемы волочения: а – прутка;

б – трубы на длинной оправке;

в– трубы на плавающей оправке Передний конец исходной заготовки перед волочением заостряется, что бы он прошел через отверстие волоки, и его можно было захватить тянущим устройством. Для уменьшения трения при волочении применяют обильную смазку, различные предварительные покрытия заготовок, например, меднение, которое снижает коэффициент трения, а также предохраняет поверхность от за дирания.

P должно быть меньше предела текучести Напряжение волочения z = F Т материала, иначе выходящий из волоки пруток будет утрачивать форму и размеры, полученные в отверстии волоки, то есть Z T. Для волочения без Z = 1,25 2,5. Инструментом для волочения слу обрывов принимается T жат волочильные доски и волоки (фильеры). Волока (или фильер) представляет собой кольцо, рабочее отверстие которого состоит из входного конуса, дефор мирующей зоны, калибрующего пояска и выходного конуса.

Материалом для них служат инструментальные стали У7, У12, XI2M, твердые сплавы ВКЗ, ВК6 и другие. Отверстия в волоках из твердых сплавов изготов ляются электроискровым методом. Полировка отверстий производится на стан ках с помощью специальных игл и абразивных порошков. Волоки для проволо ки диаметром менее 0,2 мм изготовляют из технических и естественных алма зов.

Технологический процесс волочения состоит из следующих операций:

предварительный отжиг заготовок для получения мелкозернистой структуры металла (сорбит) и повышения его пластичности;

2) травление заготовок в по догретом растворе серной кислоты для удаления окалины;

3) промывка загото вок и нейтрализация травильного раствора;

4) заострение концов заготовок в ковочных вальцах;

5) волочение;

6) отжиг для устранения наклепа;

7) отделка готовой продукции (обрезка концов, правка, резка на мерные длины).

Оборудование для волочения называют волочильными станами. В основ ном применяются два типа станов: цепные и барабанные. Барабанные воло чильные станы применяются для таких профилей, которые могут наматываться на барабан;

это прежде всего относится к проволоке (рис.25).

Рис.25. Схема барабанного волочильного стана:

1– катушка;

2– волоки;

3 – тяговые шайбы;

4– приемный барабан Для волочения проволоки применяют станы многократного волочения, число волок которых достигает 20 и даже более. Волоки располагаются в ряд по уменьшающемуся сечению. После каждой волоки установлен барабан, кото рый обладает тянущим устройством и одновременно является вертушкой, по дающей проволоку для волочения через следующую волоку. Проволока с одно го барабана сматывается, а на другой наматывается. На последний барабан про волока только наматывается Сущность и области применения ковки. Ковка – процесс деформирова ния горячей заготовки между бойками молота или пресса. При этом течение металла происходит в направлениях, не ограниченных поверхностями инстру мента, поэтому ее называют свободной. Ковкой достигается не только требуе мая форма поковок, но и значительно улучшаются ее первоначальные свойства и структура.

Свободная ковка применяется в мелкосерийном и индивидуальном произ водствах, особенно широко в ремонтных условиях, когда создание сложных и дорогих штампов экономически нецелесообразно. Кроме того, свободная ковка является практически единственным способом изготовления тяжелых поковок типа валов электрогенераторов, стволов артиллерийских орудий и других.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.