2015-04-08
1529
Вопросы и задания по теме «Литейное производство»
1. Приведите описание принципиальных особенностей основных технологических процессов обработки металлов давлением.
2. Что называется пластической деформацией? Как изменяются свойства металлов в результате пластической деформации? Чем отличается холодное деформирование от горячего деформирования металла?
3. Как влияет на пластичность металла химический состав, температура, скорость деформирования и степень деформации?
4. Приведите схему технологического процесса производства проката и опишите основные операции.
5. Какую роль играет нагрев металла при обработке давлением? Как определить температурный интервал горячей обработки металла давлением?
6. Какие устройства применяются для нагрева металла? Как влияет способ нагрева на производительность процесса и угар металла?
7. В чем сущность процесса прокатки? Какие разновидности этого процесса существуют?
8. Приведите классификацию прокатных станов и описание их устройства и работы. Укажите профили сортового проката.
|
|
|
9. В чем сущность производства фасонных профилей проката на рельсобалочных станах?
10. В чем сущность производства сортовки и листовой стали?
11. Приведите описание процесса получения бесшовных труб и примеры их применения в промышленности.
12. В чем сущность процесса прессования металла? Приведите технологические схемы и основные характеристики прессования и примеры применения изделий, полученных прессованием.
13. В чем сущность процесса волочения металла? Приведите схемы и основные технологические характеристики волочения, а также примеры применения изделий, полученных волочением.
14. В чем сущность процесса свободной ковки металлов? Какие технологические операции применяются при свободной ковке?
15. В чем сущность горячей объемной штамповки? Чем отличаются способы штамповки в открытых и закрытых штампах?
16. Приведите схемы и описания машин для свободной ковки металла.
17. Приведите схемы и описания машин для штамповки.
18. В чем сущность холодной объемной штамповки?
19. В чем сущность процесса листовой штамповки? Приведите описание оборудования и инструмента, применяемого при листовой штамповке.
20. Приведите описание процесса производства гнутых профилей. В чем преимущества применения гнутых профилей перед горячекатаными?
21–40. Задача.
Разработать технологический процесс получения поковки на молоте в штампе по заданному эскизу. Эскиз детали выбрать в соответствии с вариантом задания по табл. № 6.1, 6.2 и Приложения 2.
Таблица 6.1
Проектируемая деталь
| Номер вопроса | Вариант детали | Деталь (Приложение 2) | Марка стали | Предел прочности при растяжении σв, кгс/мм2 | Масса, кг |
| А | 1 – Фланец | 13,2 | |||
| Б | 1 – То же | 22,1 | |||
| А | 2 – Втулка зубчатая | ||||
| Б | 2 – То же | 15,3 | |||
| А | 3 – Шестерня | 18ХГТ | 14,9 | ||
| Б | 3 – То же | 18ХГТ | 17,9 | ||
| А | 4 – Фланец | 19,4 | |||
| Б | 4 – То же | 22,3 | |||
| А | 5 – Шестерня редуктора | 20ХНЗА | 22,5 | ||
| Б | 5 – То же | 20ХНЗА | 11,3 |
Окончание таблицы 6.1
|
|
|
| Номер вопроса | Вариант детали | Деталь (Приложение 2) | Марка стали | Предел прочности при растяжении σв, кгс/мм2 | Масса, кг |
| А | 6 – Вал редуктора | 40Х | 36,8 | ||
| Б | 6 – То же | 40Х | 16,1 | ||
| А | 7 – Обойма подшипника | 9,5 | |||
| Б | 7 – То же | 25,1 | |||
| А | 8 – Ступица редуктора | Ст.5 | 12,6 | ||
| Б | 8 – То же | Ст.5 | 21,4 | ||
| А | 9 – Обойма | Ст.5 | 10,1 | ||
| Б | 9 – То же | Ст.5 | 13,2 | ||
| А | 10 – Ступица редуктора | 9,7 | |||
| Б | 10 – То же | 11,9 |
Таблица 6.2
Размеры разрабатываемых деталей
| Деталь (Приложение 2) | Вариант детали | Размеры, мм | |||||||||||
| а | б | в | г | д | е | ж | и | к | л | m | z | ||
| А | - | - | - | - | |||||||||
| Б | - | - | - | - | |||||||||
| А | - | - | - | ||||||||||
| Б | - | - | - | ||||||||||
| А | - | ||||||||||||
| Б | - | ||||||||||||
| А | - | - | - | - | - | - | |||||||
| Б | - | - | - | - | - | - | |||||||
| А | - | ||||||||||||
| Б | - | ||||||||||||
| А | - | - | - | ||||||||||
| Б | - | - | - | ||||||||||
| А | - | - | - | - | - | - | |||||||
| Б | - | - | - | - | - | - | |||||||
| А | - | - | |||||||||||
| Б | - | - | |||||||||||
| А | - | - | - | - | |||||||||
| Б | - | - | - | - | |||||||||
| А | - | - | - | - | - | - | |||||||
| Б | - | - | - | - | - | - |
При этом нужно:
1) вычертить эскизы:
а) детали;
б) поковки;
в) облойной канавки;
2) выбрать оптимальный метод нагрева заготовки (указать температуру начала и окончания обработки);
3)определить массу и размеры поковки и заготовки;
4) вычертить эскиз окончательного (чистового) ручья штампа;
5) определить необходимую массу падающих частей штамповочного молота;
6) выбрать модель молота;
7) определить усилие обрезного пресса;
8) выбрать модель пресса.
Методические указания по выполнению контрольной работы № 2
При обработке металлов давлением применяются различные технологические процессы, с помощью которых получают как готовые изделия (например, рельсы, фасонный прокат, проволоку и т. д.), так и заготовки для деталей машин и различных металлических конструкций.
Вопрос 1:
- отметить особенности процессов прокатки, волочения, прессования, свободной ковки, объемной и листовой штамповок, проиллюстрировав текст принципиальными схемами.
Вопрос 2:
- описать явление наклепа, возврата и рекристаллизации;
- указать, при какой температуре нужно начинать и заканчивать процесс горячей обработки металла давлением (пояснить ответ, пользуясь диаграммой состояния Fe-Fe3C).
Давлением можно обрабатывать только металлы, обладающие пластичностью в холодном или горячем состоянии. Пояснив сущность пластической деформации, нужно указать, как она влияет на структуру и свойства металла.
Вопрос 3:
- необходимо дать определение пластической деформации;
- показать, как влияют указанные в тексте вопроса факторы на величину зерна, прочность металла и производительность процесса обработки давлением.
|
|
|
Вопрос 4:
- перечислить основные операции прокатного производства;
- привести схему технологического процесса производства проката.
Вопрос 5:
- начертить диаграмму Fe–Fe3C и показать на ней интервал начала и конца ковки;
- отметить роль и влияние нагрева на изменение пластичности металла и его сопротивляемости деформированию;
- указать, как эти изменения отражаются на производительности процессов и себестоимости изделий.
Вопрос 6:
- указать, в каких случаях применяется тот или иной способ нагрева;
- проиллюстрировать текст схемами и привести описание нагревательных устройств.
При выборе способа нагрева нужно учитывать сложность заготовки, количество нагревов, необходимых для ее изготовления, температуру нагрева и стоимость источника энергии. Например, заготовки сложной формы, а также заготовки, требующие нескольких нагревов, рекомендуется подогревать в пламенных печах.
Вопрос 7:
- привести схему прокатки, указав силы, действующие на заготовку, допустимую степень обжатия и угол захвата заготовки;
- указать, как изменяется угол захвата в зависимости от вида проката (горячий, холодный, сортовой и т. д.).
Вопрос 8:
- необходимо привести схему прокатки, изложить ее сущность и дать характеристику прокатных станов по назначению, числу и расположению рабочих клетей;
- особое внимание нужно уделить классификации станов по назначению;
- указать получаемые профили проката и привести примеры применения.
Вопрос 9:
- привести типовые схемы проката балок;
- сделать схему рельсобалочного стана с расположением клетей и описать особенность его работы.
Вопрос 10:
- привести схемы основных видов способов прокатки сортовой и листовой стали.
Вопрос 11:
- дать характеристику способа получения бесшовных труб;
- указать сортамент получаемых труб;
- привести схемы и описание процесса и оборудования для получения бесшовных труб.
Вопрос 12:
- определить сущность метода прессования;
|
|
|
- привести схемы прямого и обратного прессования;
- указать получаемые профили и их назначение.
Вопрос 13:
- объяснить сущность процесса;
- привести необходимые схемы и описание процесса;
- указать особенности оборудования, получаемого сортамента и примеры его применения.
Вопрос 14:
- привести эскизы инструмента и операций свободной ковки;
- указать особенности течения металла при ковке и возможности получения кованых изделий.
Вопрос 15:
- привести схемы и описание технологического процесса одно- и многоручьевой штамповки;
- сделать эскизы штампа открытого, закрытого и пояснить их отличие, а также области применения.
Вопрос 16:
- привести схемы и описание пневматического, паровоздушного молотов, гидравлического пресса.
Вопрос 17:
- сделать схемы кривошипного пресса и горизонтально-ковочной машины с описанием особенностей их работы.
Вопрос 18:
- привести схемы операций холодной объемной штамповки, а также схему холодной высадки металла.
Вопрос 19 касается процесса листовой штамповки. Вопрос 20 – получения гнутых профилей. Ознакомившись с этими процессами, нужно:
- привести описание соответствующего процесса, необходимые схемы;
- указать положительные и отрицательные стороны процесса и области его применения.
Приступая к решению задачи (вопросы 21–40), сначала разрабатывают маршрутную технологию, т. е. указывают последовательность технологических операций, начиная с получения заготовки и кончая готовой поковкой, а затем вычерчивают эскизы детали, поковки и чистового ручья штампа.
Чтобы выполнить эскиз поковки, необходимо назначить величину припусков на механическую обработку, технологические напуски и штамповочные уклоны. Припуски для горячей штамповки согласно ГОСТ 7505–74 выбирают в зависимости от массы поковки, ее размеров с учетом шероховатости обрабатываемых поверхностей.
Величина припуска может быть определена по табл. 2.3.
Напуск назначают в тех местах, которые невыполнимы при данном способе обработки. Например, отверстия диаметром до 30 мм при штамповке невыполнимы.
Штамповочные уклоны принимают в пределах 5–7 ° для наружных и 7–40 ° для внутренних поверхностей. Поковка может быть изготовлена с отклонениями от номинальных размеров в пределах допуска по ГОСТ 7504–74. Величину допуска принимают по табл. 2.4.
Допуски на внутренние поверхности принимают с обратными знаками.
По выбранным величинам припуска и штамповочным уклонам делают построение чертежа поковки и определяют ее массу.
Найденные значения допусков наносят на эскиз поковки.
Далее определяют размеры облойной канавки.
Высота перемычки мостика облойной канавки h 3, мм, приближенно определяется по формулам:
а) для поковки произвольной формы в плане:
, (6.1)
где Fп – площадь проекции поковки на плоскость разъема штампа, мм2;
б) для поковки, квадратной в плане:
, (6.2)
где Аn – сторона поковки в плоскости разъема штампа, мм;
в) для поковки, круглой в плане:
, (6.3)
где Dn – диаметр поковки в плоскости разъема штампа, мм.
Остальные размеры (в том числе S 3 – площадь сечения облойной канавки) определяются конструктивно в зависимости от значения h 3(рис. 6.1 и табл. 6.5).
По величине высоты перемычки определяют необходимое усилие обрезного пресса, кгс:
, (6.4)
где П – периметр реза, мм;
S – толщина реза, мм;
S – 
(1,5 – коэффициент, учитывающий срез по телу и недоштамповку);
h з – высота перемычки мостика, мм;
– предел прочности при срезе;
= 0,8 
( в табл. 6.1).
Таблица 6.3
Припуски на сторону на заготовки, изготовляемые горячей объемной штамповкой из черных металлов по ГОСТ 7505–74
| Масса штамповочных поковок, кг | Толщина (высота), длина и ширина штампованных поковок, мм | ||||||||
| штамповка на молотах | |||||||||
| до 50 | св. 50 до 120 | св. 120 до 180 | св. 180 до 260 | св. 260 до 360 | св. 360 до 500 | св. 500 до 630 | св. 630 до 800 | св. 800 до 1000 | |
| Св. 6,30– до 10,00 Св. 10,00– до 16,00 Св. 16,00– до 25,00 Св. 25,00– до 40,00 Св. 40,00– до 63,00 | 3,2 3,4 3,7 4,1 4,5 | 3,4 3,6 3,9 4,3 4,7 | 3,6 3,8 4,1 4,5 4,9 | 3,8 4,0 4,3 4,7 5,1 | 4,1 4,3 4,6 5,0 5,4 | 4,6 4,8 5,1 5,5 5,9 | 4,9 5,1 5,4 5,8 6,2 | 5,5 5,7 6,0 6,4 6,8 | 6,1 6,3 6,6 7,0 7,4 |
Таблица 6.4
Допуски на штампованные поковки нормальной точности
по ГОСТ 7505–74
| Масса поковки в кг (свыше – до) | Для размера в мм (свыше – до) | ||||||||
| до 50 | 50–120 | 120–180 | 180–260 | 260–360 | 360–500 | 500–630 | 630–800 | 800–1000 | |
| 6,30–10,0 | +1,6 -0,8 | +1,7 -0,9 | +1,9 -1,0 | +2,1 -1,1 | +2,2 -1,4 | +2,5 -1,5 | +3,0 -1,5 | +3,0 -2,0 | +3,5 -2,0 |
| 10,0–16,0 | +1,7 -0,9 | +1,9 -1,0 | +2,1 -1,1 | +2,4 -1,2 | +2,5 -1,5 | +3,0 -1,5 | +3,0 -2,0 | +3,5 -2,0 | +4,0 -2,0 |
| 16,0–25,0 | +1,9 -1,0 | +2,1 -1,1 | +2,4 -1,2 | +2,5 -1,5 | +3,0 -1,5 | +3,0 -2,0 | +3,5 -2,0 | +4,0 -2,0 | +4,0 -2,5 |
| 25,0–40,0 | +2,1 -1,1 | +2,4 -1,2 | +2,5 -1,5 | +3,0 -1,5 | +3,0 -2,0 | +3,5 -2,0 | +4,0 -2,0 | +4,0 -2,5 | +4,5 -2,5 |
| 40,0–63,0 | +2,4 -1,2 | +2,5 -1,5 | +3,0 -1,5 | +3,5 -1,5 | +3,5 -2,0 | +4,0 -2,0 | +4,0 -2,5 | +4,5 -2,5 | +4,5 -3,0 |
Облойная канавка заполняется металлом не полностью, массу облоя можно приближенно принимать равной 12–18 % от массы поковки.
Затем выбирают нагревательное устройство и устанавливают величину угара. Ориентировочно можно принять угар металла в % от массы поковки: при обычном нагреве в пламенных печах 2–3 (при первом нагреве); при скоростном нагреве в пламенных печах 1–1,5; при безокислительном нагреве в пламенных печах 0,25–0,30; при электронагреве 0,2–0,5.
Рис. 6.1. Схема определения размеров облойной канавки
Таблица 6.5
Основные размеры облойной канавки
| h 3, мм | h 1, мм | R, мм | b 3, мм | b 1, мм | S 3, мм |
| 0,6 | |||||
| 0,8 | |||||
| 1,0 | |||||
| 1,6 | 3,5 | ||||
| 1,5 | |||||
| 1,5 | |||||
| 2,5 | |||||
Зная массу поковки, облоя и величину угара металла, определяют массу и размеры заготовки. Заготовкой при горячей штамповке, как правило, служит горячекатаный прокат круглого или квадратного сечения.
При выборе параметров заготовки, если применяется метод осаживания, отношение длины заготовки к ее диаметру должно быть равно:
(6.5)
Если применяется метод вытяжки заготовки, то поперечное сечение заготовки принимают равным максимальному сечению поковки, но с учетом стандартных размеров проката. Затем нужно выполнить эскиз чистового ручья штампа и определить массу падающих частей штамповочного молота (приближенно):
(6.6)
где α – удельная масса падающих частей, принимаемая для молотов двойного действия и марок сталей, приведенных в табл. 6.1, равной 8 кгс/см2;
F – площадь проекции поверхности поковки на плоскость разъема штампа, включая площадь мостика канавки, см2.
Пример решения задачи
Требуется разработать технологический процесс горячей штамповки детали (рис. 6.2).
При получении поковки детали технологический процесс состоит из следующих операций: 1) резка заготовки на пресс-ножницах; 2) нагрев заготовки в пламенной печи; 3) осадка заготовки, а также черновая и чистовая штамповка на штамповочном молоте; 4) обрезка облоя в холодном виде на механическом прессе; 5) контроль ОТК.
При изготовлении поковки внутреннее отверстие выполнить нельзя. Приближенно объем поковки без учета облойной канавки с припуском на обработку составляет (при расчете по двум цилиндрическим частям V 1и V 2нарис. 6.2):
,см3; 
, см3; (6.7)
см3, 
см3; 
см3.
Масса поковки:
(6.8)
где 
– плотность стали, 7,8 г/см3.
Рис. 6.2. Деталь, поковка и чистовой ручей штампа
Линию разъема штампа (из условий контроля соосности) принимаем по центру диска диаметром 190 мм.
Пользуясь ГОСТом и методическими указаниями, назначаем припуски, напуски и допуски и проставляем их на эскизе поковки (рис. 6.2). Затем уточняем массу поковки. Если масса поковки выйдет за пределы значения массы (группы от 6 до 10 кг), по которому вначале определялся припуск, то необходимо назначить другие припуски и повторно определить массу поковки.
Определяем размеры облойной канавки.
Высоту перемычки мостика облойной канавки находим по формуле
мм. (6.9)
По данным табл. 6.5 округляем h 3 до 3 мм и соответственно находим h 1=5 мм; R =1,5; b 3=10 мм; b 1=28 мм и S 1=201 мм2. Полученные данные наносим на эскиз облойной канавки.
Массу облоя назначаем равной 12 % от массы поковки:
кг. (6.10)
Масса поковки с облоем
кг. (6.11)
Угар принимаем равным 3 %, исходя из условия нагрева в пламенной печи:
кг. (6.12)
Масса заготовки составит:
; (6.13)
кг. (6.14)
Для изготовления поковки выбираем круглый прокат при отношении
(2.15)
Так как
см3, (6.16)
то
см3. (6.17)
Принимаем по сортаменту 
см 
мм и, соответственно, 
см3:
см; (6.18)
(6.19)
Допускается от 1,25 до 2,5, следовательно, заготовка выбрана правильно: 
мм, 
мм.
После этого делаем эскиз чистового ручья штампа с облойной канавкой (рис. 6.2).
Массу падающих частей молота определяем по формуле
кг, (6.20)
кг.
Принимаем по табл. 2.6 модель штамповочного молота М213 с массой падающих частей 3150 кг.
Усилие обрезного пресса определяем:
кгс;
мм;
мм;
кгс;
кгс;
тс.
По табл. 6.7 определяем кривошипный обрезной закрытый пресс модели КБ9534 усилием 250 тс.
Таблица 6.6
Молоты штамповочные паровоздушные двойного действия для
объемной горячей штамповки
| Основные параметры и размеры | Модель | ||||
| М 210 | М 211 | М 211 | М 213 | 17 КП | |
| Номинальная масса падающих частей, кг | 20,0 | ||||
| Наибольшее число ударов в минуту | |||||
| Наибольший ход бабы, мм | |||||
| Высота зеркала нижнего штампа над уровнем пола, мм | |||||
| Габариты молота в плане, мм | х1200 | х1390 | х1660 | х1900 | х2000 |
| Высота на уровнем стола, мм | |||||
| Масса молота без шабота, т | 7,36 | 10,54 | 18,3 | 25,79 | 40,71 |
| Масса шабота, т | 12,6 | 20,0 | 40,0 | 63,0 |
Таблица 6.7
Прессы обрезные
| Основные параметры | Модель | ||||
| К 2130А | К 9532 | КБ 9534 | К 9536 | К 9538 | |
| Номинальное усилие, тс | |||||
| Ход ползуна, мм | |||||
| Число ходов ползуна в минуту | |||||
| Размеры стола, мм | 560× | 710× | 850× | 1000× | 1250× |
| Мощность электродвигателя, кВт | 10,5 | ||||
| Габариты пресса в плане, мм | 1430× | 2110× | 2890× | 3000× | 3200× |
| Высота над уровнем пола | |||||
| Масса, т | 6,93 | 10,33 | 25,74 |
