Контрольная работа № 1(ткм)

Если студент столкнется с затруднениями при изучении дисциплины и выполнении контрольных работ, он может обратиться за письменной или устной консультацией на кафедру «Вагоны и вагонное хозяйство» ЗабИЖТа. Номер вопроса определить по табл. 5.1.

Таблица 5.1

Две последние цифры учебного шифра Номера вопросов к контрольной работе №1 Две последние цифры учебного шифра Номера вопросов к контрольной работе №1
01,21,41,61,81 1,21 11,31,51,71,91 11,31
02,22,42,62,82 2,22 12,32,52,72,92 12,32
03,23,43,63,83 3,23 13,33,53,73,93 13,33
04,24,44,64,84 4,24 14,34,54,74,94 14,34
05,25,45,65,85 5,25 15,35,55,75,95 15,35
06,26,46,66,86 6,26 16,36,56,76,96 16,36
07,27,47,67,87 7,27 17,37,57,77,97 17,37
08,28,48,68,88 8,28 18,38,58,78,98 18,38
09,29,49,69,89 9,29 19,39,59,79,99 19,39
10,30,50,70,90 10,30 20,40,60,80,00 20,40

Вопросы и задания по теме «Производство металлов»

1. В чем сущность процесса выплавки чугуна в доменной печи?

2. Перечислите продукты доменного производства и укажите их назначение. Приведите важнейшие технико-экономические показатели доменного производства и объясните их сущность.

3. В чем сущность процесса получения стали? Опишите способы производства стали и их особенности.

4. Приведите описание схемы технологического процесса получения отливок.

5. Укажите марки чугунных отливок и особенности структу­ры и свойств отливок из обычных и модифицированных серых чугунов, высокопрочных и ковких чугунов. Приведите приме­ры печей для плавки чугуна.

6. Укажите примерный химический состав отливок из чу­гуна. Каково влияние химического состава и скорости охлаж­дения на механические свойства чугунных отливок?

7. Укажите марки стальных отливок и особенности их изготовления. Приведите примеры печей для плавки стали.

8. Укажите марки отливок без сплавов на основе меди иалюминия. Приведите примеры печей для плавки цветных сплавов.

9. Перечислите основные литейные свойства металлов и сплавов и объясните, каково их влияние на качество отливок.

10. Объясните основные принципы конструирования отливок. Какая отливка может считаться технологичной?

11. Каким требованиям должны удовлетворять формовоч­ные смеси? Приведите способы уплотнения формовочных смесей.

12. Каковы назначения и принципы построения литниковой системы при получении отливок?

13. Объясните особенности технологического процесса центробежного литья. Укажите преимущества и область применения этого способа.

14. Объясните назначение и перечислите основные требования, предъявляемые к стержням. В чем особенности их изготовления?

15. Приведите схему вагранки и описание ее конструкции.

16. Приведите схему электродуговой печи и описание ее конструкции.

17. Объясните особенности технологического процесса литья в оболочковые формы. Укажите преимущества и области применения этого способа.

18. Объясните особенности технологического процесса литья по выплавляемым моделям. Укажите преимущества и области применения этого способа.

19. Перечислите встречающиеся в отливках виды дефектов, способы их предупреждения и исправления.

20. Объясните особенности технологических принципов литья в металлические формы (в кокиль) и под давлением. Укажите преимущества и области применения этих способов.

21–38. Задача

Разработать в соответствии с номером вопроса (табл. 5.2) технологический процесс изготовления заданной отливки. Процесс разрабатывать применительно к условиям серийного производства с учетом заданной линии разъема формы (табл. 5.2 и Приложение 1).

При этом выполнить эскизы:

а) детали;

б) отливки;

в) модели;

г) стержня;

д) собранной формы в разрезе с литниковой системой.

Произвести расчет сечений основных элементов литниковой системы.

Таблица 5.2

Проектируемая деталь

Номер вопроса Деталь (Приложение 1) Линия разъема формы Материал (марка) Масса, кг
  1 – Корпус подшипника тепловоза АА СЧ18-36 7,0
  1 – То же ББ СЧ18-36 7,0
  2 – Стакан пускового сервомотора АА СЧ18-36 1,2
  3 – Втулка зубчатая экскаватора АА 55Л 5,6
  4 – Обойма зубчатая экскаватора АА СЧ18-36 14,0
  4 – То же ББ СЧ18-36 14,0
  5 – Шкив ведущий тепловоза АА СЧ18-36 3,9
  5 – То же ББ СЧ18-36 3,9
  6 – Кронштейн коромысла подачи топлива дизеля АА СЧ12-28 1,6
  6 – То же ББ СЧ12-28 1,6
  7 – Корпус подшипника регулятора дизеля АА СЧ15-32 4,0
  7 – То же ББ СЧ15-32 4,0
  8 – Ролик ручного тормоза электровоза АА СЧ15-32 6,0
  8 – То же ББ СЧ15-32 6,0
  9 – Приемный патрубок масляной системы дизеля АА СЧ15-32 6,5
  10 – Распорка буксовой направляющей АА СЧ12-28 3,5
  11 – Стакан роликового подшипника АА СЧ21-40  
  11 – То же ББ СЧ21-40  

Методические указания по выполнению контрольной работы № 1

Вопрос 1:

- необходимо знать, какие материа­лы применяются в доменном производстве;

- обратить внимание на железные руды и назначение их обогащения; на требования, предъявляемые к топливу; на назначение флюсов;

- начертить схему доменной печи, объяснить ее уст­ройство и сущность процесса плавки.

Вопрос 2:

- начертить схему доменной печи;

- привести примеры продуктов доменного производства;

- обратить внимание на назначение передельного и литейного чугунов, доменных ферросплавов;

- ознакомиться с различием их химического состава;

- объяснить сущность показателя ра­боты доменных печей – коэффициента использования объе­ма печи КИПО.

Вопрос 3:

- привести схемы кислородного конвертора, мартеновской и электродуговой печей;

- уяснить различие между основной и кислой, спокойной и кипящей сталями, а также разницу между скрап-рудным и рудным процессами.

Условная оценка качества и стоимости сталей разного производства приведена в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Оценка качества и стоимости сталей

Сталь Качество Стоимость
Бессемеровская 4* 1**
Кислородно-конверторная    
Мартеновская    
Электросталь    
Примечания: 4* – самая низкая оценка; 1** – самая низкая оценка.

Вопрос 4:

- знать, в какой последовательности происходит технологический процесс изготовления отливки, и представить его в виде схемы с пояснениями, касающимися выполнения отдельных операций и их значения в общем процессе получения отливки;

- необходимо уяснить, что деталь – это окончательно обработанное изделие, а отливка – заготовка, приближающаяся по форме и размерам к готовой детали и отличающаяся от нее главным образом наличием припусков на механическую обработку, а также конусами и отсутствием мелких отверстий, пазов и углублений, которые будут получены в дальнейшем при механической обработке.

В ряде случаев отливки применяют непосредственно после их очистки и обрубки, произведенных в литейном цехе. Тогда отливка является готовой деталью.

Вопрос 5:

- перечислить способы плавки чугуна;

- начертить схему получения чугуна в индукционной печи.

В ответах на вопрос следует привести принятый в ГОСТ 1412–79 принцип классификации, расшифровать условные обозначения марок сплавов, дать необходимые примеры для иллюстрации. СЧ в марках СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ'25, СЧЗО, 0435, СЧ40, СЧ45 обозначает серый чугун, число – предел прочности при растяжении, кгс/мм2.

ВЧ в марках ВЧ45–0, ВЧ45–5, ВЧ40–10, ВЧ50–15, ВЧ60–2 обозначает высокопрочный чу­гун, первое число – предел прочности при растяжении, кгс/мм2; второе число – относительное удлинение, %.

КЧ в марках КЧЗО–6, КЧЗЗ–8, КЧ35–10, КЧ37–12, КЧ45–6, КЧ50–4, КЧ56–4, КЧ60–3, КЧ62–3 обозначает ковкий чугун, первое число – предел прочности при растяжении, кгс/мм2; второе число – относительное удлинение, %.

Вопрос 6:

- привести график влияния, химический состав и скорость охлаждения на механические свойства отливок. Скорость охлаждения отливки влияет на образование той или иной структуры чугуна. Поэтому в зонах отливки, где металл охлаждается с большей скоростью, например, около поверхности, образуется более мелкое зерно, выделяется более мелкий графит, следова­тельно, эти зоны имеют более высокие механические свойства, а в зонах отливки, охлаждаемых с меньшей скоростью, образуется более крупное зерно, и в них, соответственно, ниже механические свойства;

- привести схему микроструктур чугуна с различной формой графита.

Вопрос 7:

- указать печи для плавки стали;

- начертить схему электродуговой печи;

- указать марки стальных отливок;

- привести схемы микроструктур, углеродистых сталей;

- указать особенности производства отливок из стали.

В марках углеродистых сталей 15Л, 20Л, 25Л, З0Л, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л, 55Л двузначное число показывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, а буква Л обозначает сталь для отливок.

Вопрос 8:

- указать печь для плавких цветных сплавов;

- начертить схему индукционной печи;

- привести примеры марок цветных сплавов по ГОСТу, объяснить принцип маркировки;

- расшифровать условные обозначения и необходимые примеры для иллюстрации.

Медные сплавы подразделяются на бронзы и латуни. Приводим пример маркировки бронзы: БрАЖМц 10–3–1,5. Здесь Бр – бронза, состоящая из 10 % алюминия (А), 3 % железа (Ж), 1,5 % марганца (Мц), 85,5 % меди (остатка).

В данной марке ЛАЖМц 66–6–3–2 Л – латунь, состоящая из 66 % меди, 6 % алюминия (А), 3 % железа (Ж), 2 % марганца (Мц), 23 % цинка (остатка).

Алюминиевые литейные сплавы имеют обозначения: АЛ1, АЛ2, АЛЗ, АЛ4, АЛ5 и т. д., где А обозначает алюминиевый; Л – литейный сплав; число – порядковый номер сплава.

Вопрос 9:

- указать механические свойства сплавов;

- привести графики прочности и пластичности различных сплавов и сравнить их. Необходимо объяснить сущность этих свойств и указать, как они влияют на заполнение формы металлом, образование усадочных раковин, трещин и других дефектов в отливках; как изменяются эти свойства при изменении температуры химического состава металла.

Вопрос 10:

- привести примеры схем конструкций технологичных и нетехнологичных отливок, сравнив их;

- указать конструкторские меры для предупреждения образования в отливках трещин и коробления.

Необходимо уяснить, что конструкция отливки должна обеспечить ее технологичность: высокое качество, удобство формовки, обрубки и последующей механической обработки.

Вопрос 11:

- привести классификацию формовочных смесей по их назначению, с исходными материалами, их составом, методами контроля физико-механических свойств;

- перечислить способы уплотнения формовочных смесей и начертить схему прессования.

Литейные формы и стержни изготовляют в большинстве случаев из смесей, составленных на основе кварцевого песка с различными добавками и связующими. Для различных целей, например, для изготовления стержней сухих или сырых форм, необходимы материалы с различными физико-механическими свойствами. Эти свойства определяются требованиями, которые предъявляются к формовочным и стержневым смесям в каждом конкретном случае.

Необходимо уяснить требования, предъявляемые к формовочным и стержневым смесям, усвоить их отличия.

Вопрос 12:

- привести схемы литниковых систем для заливки литейной формы;

- указать назна­чение всех элементов литниковой системы.

Литниковая система должна обеспечить подачу металла с определенной скоростью, предотвратить попадание шлака в отливку. По конструкции литниковые системы бывают различными, однако при их построении всег­да выдерживается принцип торможения металла. Следует об­ратить внимание на отличия литниковой системы при производстве отливок из чугуна и стали.

Вопрос 13:

- привести схемы центробежного литья;

- перечислить преимущества и недостатки процесса.

Вопрос 14:

- привести описание и схемы основных способов изготовления стержней;

- разобраться в назначении и конструкции знаков стержней и указать это в ответе на вопрос.

Вопрос 15:

- привести эскиз вагранки;

- описать схему выплавки чугуна.

Вопрос 16:

- привести эскиз электродуговой печи;

- описать сущность процесса плавки стали.

Вопрос 17:

- привести схему литья в оболочковые формы;

- перечислить преимущества и недостатки процесса.

Вопрос 18:

- привести схему литья по выплавляемым моделям;

- перечислить преимущества и недостатки процесса.

Вопрос 19:

- привести описание конкретных видов дефектов, возникающих в отливках, и связать их снаиболее вероятными причинами, вызывающими их, а затем указать меры их предотвращений.

Ответ можно построить в виде таблицы:

Вид дефекта Причина образования Меры устранения

Появление в отливках дефектов может быть вызвано различными причинами. Например, неправильная конструкция отливки (большая разница в сечениях, отсутствие плавных переходов, необходимых радиусов закругления) может вызвать образование трещин, коробления, внутренних напряжений. Низкая температура заливки может привести к незаполнению формы, образованию спаев. Недостаточная прочность формовочной смеси приводит к разрушению слабых мест формы и образованию земляных раковин и т. д.

Вопрос 20:

- привести схемы литья в металлические формы (кокиль, под давлением);

- перечислите преимущества и недостатки процесса.

При решении задачи необходимо привести описание схемы технологического процесса получения отливки.

Для изготовления отливки необходимо подготовить специ­альную форму и залить в нее расплавленный металл. Металл затвердевает, и затвердевшая отливка удаляется из формы. Процесс изготовления форм называется формовкой.

В большинстве случаев отливки изготовляют в разовых формах из песчано-глинистых смесей. В процессе извлечения отливки такая форма разрушается.

Для изготовления разовых форм необходимо иметь модели, приспособления и формовочные смеси. Формы изготовляют по моделям, которые в большинстве случаев соответствуют наружным очертаниям отливаемых деталей и могут быть цельными или разъемными.

Для выполнения в отливке отверстий в форму вставляют стержни, выполненные также из песчаных смесей. Для крепления стержней в форме на моделях предусматривают специальные выступы – стержневые знаки. Эти знаки образуют в форме углубления, в которые вставляют стержни.

Обычно литейная форма состоит из двух половин: верхней и нижней полуформ, скрепляемых между собой перед заливкой в нее металла. Полуформы изготовляют в приспособлениях, называемых опоками. Опоки представляют собой рам­ки, которые обеспечивают прочность формы при ее изготовлении и заливке металлом, а также создают возможность сборки и транспортировки форм.

В ответе, начертив эскиз детали, необходимо представить ее конфигурацию и материал. Уточнить, необходима ли механическая обработка и т. д.

После этого необходимо решить, как расположить отливку в форме, т. е. определить при заливке металла в форму, где будет проходить плоскость разъема и где у отливки верх, а где низ.

Размещать отливки рекомендуют так, чтобы наиболее ответственные их поверхности по служебному назначению и степени обработки были обращены вниз.

Отливки, представляющие собой тела вращения, у которых обрабатываются наружные и внутренние поверхности (шпиндели, гильзы, цилиндры и т. п.), же­лательно заливать в вертикальном положении, при котором посторонние включения поднимаются вверх и могут быть легко удалены. Не следует располагать сверху большие горизонтальные поверхности, так как на них обычно сосредоточиваются различные литейные дефекты (ужимины, шлак и др.).

Массивные части стальных отливок нужно питать горячим металлом с помощью прибылей. Высоту прибыли можно при­нимать приближенно как 1/3высоты отливки.

Решив эти вопросы, на эскиз детали необходимо нанести линию разъема с надписью МФ, что обозначает разъем модели и формы, и перпендикулярные к этой линии стрелки с надписями В, Н (верx, низ), показывающие направление разъема, а также указать величину припуска на обработку (например, 5, 4 и т. д.). Величина припуска определяется по ГОСТ 1855–55 для отливок из чугуна и поГОСТ 2009–55 для отливок из стали в зависимости от размеров детали, класса точности изготовления отливки и положения поверхности при заливке.

Средние отливки серийного производства, изготовляемые на машинах по металлическим моделям, относят ко II классу точности.

Величины припусков на механическую обработку чугунных отливок наиболее распространенного II класса приведены в табл. 5.4. Для стальных отливок величины припусков больше указанных в табл. 5.4 на 1–2 мм.

Таблица 5.4

Величины припусков на механическую обработку чугунных отливок

Наибольший габаритный размер детали, мм   Положение поверхности при заливке Номинальный размер чугунной отливки, мм
  до 120 121–260 261–500 501–800 801–1250 1251–
До 120 Верх Низ, бок 4,0 3,0          
  121–260 Верх Низ, бок 4,5 3,5 5,0; 4,0        
  261–500 Верх Низ, бок 5,0 4,0 6,0; 4,0 6,5 5,0      
  501–800 Верх Низ, бок 6,0 4,5 6,5 4,5 7,0 5,0 7,5; 5,5    
  801–1250 Низ Верх, бок 7,0 5,0 7,0 5,0 7,5 5,5 8,0 5,5 8,5 6,5  
1251–2000 Верх Низ, бок 7,5 5,0 8,0 5,5 8,0 6,0 9,0 6,5 9,0 6,5 7,5

Наибольший габаритный размер детали – это самый большой ее размер, обычно длина. Номинальным размером, для которого определяется величина припуска, считают наибольшее расстояние между противоположными обрабатываемыми поверхностями.

При определении припусков для детали берут ее один наибольший размер, и полученный по этому размеру припуск назначают для всех остальных поверхностей этой детали. Наибольшие припуски назначают на верхние (в положении при заливке) поверхности, так как на них возможно скопление шлака, газов и земляных включений. На нижние и боковые поверхности припуск назначают одинаковый, но меньше, чем на верхние. На вертикальные (в положении при формовке) поверхности припуски могут увеличивать для выполнения на них формовочного уклона.

Допускается также увеличивать припуски и устанавливать прибыли, обеспечивающие направленное затвердевание отливок.

В предлагаемых примерах ориентировочная величина припуска у чугунных деталей составляет 4–8 мм, а у стальных – 5–10 мм, причём на верхних поверхностях припуск берут на 1–2 мм больше, чем на нижних и боковых.

Перечертив эскиз детали, наносят линию разъема (с указанием МФ, Н, В) и в масштабе величину припуска на обработку. При этом за счет припуска выполняют необходимые формовочные уклоны и напуски для питание отливки, а также заглушают мелкие отверстия и пазы (см. правила выполнения чертежей литейной технологии ГОСТ 2.453–73).

На эскиз наносят также контуры стержневых знаков, указывая их размеры и конусы (ГОСТ 3606–57).

Длину горизонтальных знаков I стержней определяют, исходя из длины стержня L и его диаметра D или среднего поперечного размера (табл. 5.5 рис. 5.1).

Таблица 5.5

Определение длины горизонтальных заливок

D или средний поперечный размер, мм Длина знака l при длине стержня L, мм
до 150 151–300 301– 500 501–750 751–1000 1001–1500
До 100          
101–200            
201–300            
301–400          
401–500          

Высота вертикальных знаков hн и hв зависит от высоты стержня H и диаметра D поперечного размера. При значении их до 400 мм hв =25–50 мм, hн =45–90 мм.

Рис. 5.1. Варианты разработки технологического процесса отливки корпуса подшипника тепловоза

В предлагаемых примерах ориентировочная длина горизонтальных знаков 40–70 мм, высота вертикальных знаков: верхних 25–40 мм, нижних 40–60 мм. Уклоны знаков: ниж­них – 6–8 °, верхних – 12–15 °.

Затем вычерчивают эскизы моделей (верх и низ), стержней, эскиз собранной формы в разрезе с проставленными стержнями. На нем необходимо показать расположение литниковой системы и прибылей. К эскизам надо дать краткие пояснения. Если разрез формы не обеспечивает ясности построения формы и литниковой системы, выполняют еще план нижней полуформы.

От правильного построения литниковой системы и определения размеров литниковых каналов зависит в значительной мере качество отливок.

В состав литниковой системы входят обычно следующие элементы: питатель, шлакоуловитель, стояк и литниковая чаша. Для облегчения удаления из полости формы паров и газов отдельно устанавливают выпор.

В зависимости от конфигурации толщин стенок и заливаемого сплава подвод металла к отливке может быть сверху, снизу или сбоку. Пример подвода металла сверху на рис. 5.2, сбоку по линии разъема на рис. 5.3, сбоку вдоль стержня на рис. 5.4.

Рис. 5.2. Собранная форма и модель отливки корпуса подшипника тепловоза

Рис. 5.3. Собранная форма и модель отливки корпуса гидромотора

Рис. 5.4. Пример разработки технологического процесса отливки стального колеса

Для расчета литниковой системы вначале следует определить массу литой заготовки (отливки).

Масса отливки определяется в кг по формуле

(5.1)

где Gд – масса детали, кг (табл. 5.2);

Kим – коэффициент использования металла на стадии механической обработки (принимается по табл. 5.6);

Kпр – коэффициент прогрессивности, корректирующий коэффициент использования металла (принимается по табл. 5.6).

Таблица 5.6

Определение коэффициентов прогрессивности, корректирующего

коэффициента

  Отливки из чугуна Отливки из стали
Масса детали, кг Ким Кпр Ким Кпр
0,8–1,5 0,52 1,22 0,6 1,32
1,5–3 0,72 1,1 0,62 1,28
3–6 0,66 1,14 0,67 1,19
6–10 0,68 1,2 0,73 1,18
10–20 0,74 1,1 0,65 1,18
20–50 0,75 1,1 0,56 1,22
50–200 0,78 1,07 0,75 1,05

Расчет литниковой системы начинают с определения наиболее важного элемента литниковой системы – сум­марного сечения питателей (см2) по формуле

(5.2)

где G 3 – масса отливки, кг;

Ку – удельная скорость заливки, кг/см2·с;

t – продолжительность заливки, с.

Удельной скоростью заливки называют количество сплава в кг, проходящее через площадь сечения, равное одному см2 в одну секунду.

Удельная скорость заливки зависит от вида сплавов и принимается для отливок массой до 200 кг из чугуна – 1,15; из стали – 0,95.

Продолжительность заливки принимается в зависимости от массы отливки и вида сплава по табл. 5.7.

Таблица 5.7

Продолжительность заливки

    Продолжительность заливки, с
Масса отливки, кг отливки из чугуна отливки из стали
до 5 3–5 5–8
5–10 4–6 7–10
10–25 7–10 8–12
25–50 8–12 10–15
50–100 10–15 12–20
100–200 15–25 25–35

Суммарная масса жидкого металла в форме для получения отливки (заготовки) в песочно-глинистые формы определяется по формуле

Gж = G3 + Gл, (5.3)

где Gл – масса литниковой системы.

Для ориентировочных расчетов масса литниковой системы может быть принята в зависимости от массы отливки (литой заготовки): чугунное литье – 40 %, а стальное – 60 %.

Пример решения задачи

Требуется разработать технологический процесс изготовления чугунной отливки шкива клиноременной передачи (рис. 5.5).

Обычно подобные отливки располагают в форме вертикально. При таком расположении разъем формы наиболее рационально выполнять по средней части диска, соединяющего обод с втулкой.

Рис. 5.5. Пример разработки технологического процесса отливки чугунного шкива: 1 – литниковая чаша; 2 – стояк; 3 – шлакоуловитель; 4 – питатель; 5 – выпор.

Внутреннее отверстие 70 мм получается за счет стержня, а углубления размером 65 и 86 мм – с помощью выступающих частей формы – «земляных болванов». При этом «болван» меньшего размера (65 мм) лучше поместить в верхней полуформе.

Пазы под клиновые ремни обрабатываются, и получать их литьем нерационально. Формовочный конус на поверхности 284 мм выполняется за счет увеличения припуска на обработку по направлению к линии разъема. Величина припусков на обработку показана на чертеже детали у знаков обработки, а сам припуск нанесен на чертеж отливки. Там же указаны и стержневые знаки.

Нижний знак стержня № 1 выполнен расширенным, что обеспечивает более устойчивое положение стержня. Модель разъемная, из двух частей.

Темными на чертеже модели показаны стержневые знаки. Такие же знаковые части видны и у стержня. На чертеже собранной формы в разрезе видна литниковая система: 1 – литниковая чаша, 2 – стояк, 3 – шлакоуловитель и 4 – питатель. Отдельно, на верхней точке обода установлен выпор – 5. Для определения площади сечения питателей определяем вначале массу отливки:

(5.4)

Определяем массу жидкого металла:

(5.5)

Определяем массу литниковой системы Gл. Так как отливка чугунная, то Gл составляет 40 % от массы отливки G 3. Масса металла, необходимая для получения заготовки шкива:

(5.6)


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



double arrow
Сейчас читают про: