Литье по выплавляемым моделям.
Обработка конструктивных материалов резанием.
Порошковая металлургия

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Реферат

Литье по выплавляемым моделям. Обработка конструктивных материалов резанием. Порошковая металлургия

Литье по выплавляемым моделям

Сущность технологии литья по выплавляемым моделям состоит в том, что по неразъемной легкоплавкой модели изготавливают неразъемную разовую форму. В пресс-формы (обычно металлические) запрессовывают модельный состав, который после затвердевания образует модели деталей и литниковой системы. Модельный состав удаляют, чаще всего выплавляя его в горячей воде (отсюда и название способа -- литьё по выплавляемым моделям). Полученные оболочки прокаливают при температуре 800--1000°С и заливают металлом.

Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение сложных по форме отливок массой от нескольких грамм до десятков килограмм, со стенками толщиной от 0,5 мм и более, с поверхностью, соответствующей 4--6-му классам чистоты, и с высокой точностью размеров по сравнению с другими способами литья.

Размеры отливок, полученных литьем по выплавляемым моделям, максимально приближены к размерам готовой детали, вследствие чего за счёт сокращения механической обработки снижается стоимость готового изделия.

Виды продукции, изготавливаемой литьем по выплавляемым моделям:

Технологии — Метод литья по выплавляемым моделям

Метод литья по выплавляемым моделям

Заготовки для ювелирных изделий и их деталей можно получать также методом литья по выплавляемым моделям. Метод этот известен ювелирам с давних пор. Метод является, безусловно, прогрессивным, так как применение его значительно повышает производительность труда, расширяет ассортимент изделий, сокращает потери драгоценных металлов.

Заготовки ювелирных изделий и их деталей, получаемые методом литья по выплавляемым моделям, отливают из золотых, платиновых, серебряных сплавов, называемых литейными. Это большинство золотых сплавов пробы 750, золотые сплавы пробы 583 и 585, содержащие никель и цинк, серебро и медь, платиновые сплавы пробы 950, серебряные сплавы проб 916 и 875.

При литье по выплавляемым моделям формы заливают расплавленным металлом двумя способами: центробежным и вакуумного всасывания. Принудительное заполнение литейных форм при центробежном способе происходит под действием центробежных сил вращающейся печи. Сущность способа вакуумного всасывания заключается в удалении (выкачивании) воздуха из литейной формы во время заливки. Давление в форме понижается до 0,75−2,25 Па против атмосферного, создавая таким образом искусственное избыточное давление жидкого металла на стенки формы.

Технологический процесс литья по выплавляемым моделям. Заготовки ювелирных изделий и их деталей получают методом литья по выплавляемым моделям в следующей последовательности: эталон модели, резиновая пресс-форма, восковая модель, литьевая форма, отливка. Схема процесса приведена на рисунке:

/

Эталоном модели (поз. 1) называется оригинал — образец будущей отливки. К эталону модели предъявляются следующие требования.

1. Материал для изготовления эталона не должен менять свои свойства, разрушаться в процессе вулканизации резиновых пресс-форм, химически взаимодействовать с резиной.

2. Параметр шероховатости поверхности эталона должен быть не ниже требуемого для получаемых по нему отливок: раковины, царапины, вмятины на его поверхности недопустимы.

3. Размеры эталона должны превышать размеры готовой модели (на 5 — 6%) с учетом общей усадки металла при затвердении отливок и припуска на механическую обработку.

На предприятиях ювелирной промышленности для изготовления эталона обычно используют золото пробы 585, причем поверхность его покрывают родием для нейтрализации действия азотной кислоты, выделяемой в процессе вулканизации. Резиновая пресс-форма предназначена для получения восковых моделей отливок. Пресс-формы изготовляют как из импортных, так и из отечественных сортов резины. Различают разрезные и разъемные пресс-формы.

Процесс изготовления разъемных пресс-форм включает в себя следующие этапы.

1. Опоку основанием устанавливают на гладкую опорную поверхность и заполняют пластилином, в пластилин вдавливают (до половины) эталон модели (поз. 2).

2. На первую опоку устанавливают вторую и заливают их водно-гипсовым раствором. Когда гипс затвердеет, опоки переворачивают, пластилин удаляют, а освободившееся пространство опоки заполняют небольшими кусочками сырой резины (поз. 3). Эталон остается (наполовину) в гипсе, в котором делаются углубления для возможности получения в дальнейшем выступов резиновой формы.

3. Опоки устанавливают на вулканизационный пресс, на котором в течение 45 — 60 мин при температуре 150 — 160 °C производят вулканизацию кусочков резины (поз. 4).

4. После вулканизации гипс разбивают и удаляют из опоки. Эталон извлекают и тщательно очищают. Резиновую пресс-форму тоже очищают, посыпают тальком и снова укладывают в нее эталон. Затем опоку устанавливают так, чтобы готовая резиновая пресс-форма находилась внизу (поз. 5), а пространство, занятое до этого гипсом, заполняют кусочками сырой резины (поз. 6).

5. Опоки вновь устанавливают на вулканизационный пресс для вулканизации резины второй части пресс-формы. После этого эталон отделяют от резиновой пресс-формы и прорезают в ней литниковый канал (поз. 7).

Процесс изготовления разрезных пресс-форм значительно проще и короче: эталон модели помещают между двумя резиновыми пластинами соответствующей толщины, затем производят их вулканизацию под прессом, во время которой эталон вдавливается в разогретую, размягченную резиновую массу. Для отделения эталона пресс-форму необходимо разрезать, что является недостатком этого метода.

Восковую модель получают путем заливки резиновых пресс-форм воском в инжекционной установке (поз. 8). Перед запрессовкой пресс-форму тщательно очищают и смазывают эвкалиптовым маслом или водно-глицериновым раствором. Запрессовку модельного состава (воска) в пресс-форму производят при температуре 60 — 85 °C и давлении 2 — 15 Па. После запрессовки пресс-форму в течение 1 — 1,5 мин охлаждают в холодильнике. Готовые модели напаивают в виде елочки вокруг воскового стояка. «Елки» из воска ставят на резиновое основание. Сборный модельный блок обезжиривают в спирте или четыреххлористом углероде и просушивают в естественных условиях. Для обезжиривания можно использовать и мыльный раствор, промыв затем блок в холодной воде и обсушив его в естественных условиях.

Литейные формы изготовляют из огнеупорной формовочной смеси на вибровакуумной установке (поз. 9). Операцию выполняют в таком порядке: раствор из формовочной смеси и дистиллированной воды (0,3 — 0,4 л на 1 кг смеси) тщательно перемешивают, а затем для удаления воздуха вакуумируют в течение 2 — 3 мин при давлении не более 0,075 Па; одновременно в металлические опоки устанавливают модельные блоки, опоки затем помещают в установку, заливают формовочной смесью и вакуумируют 2 — 3 мин при давлении не выше 0,075 Па; через 40 — 60 мин, когда формовочная смесь затвердеет, с опок снимают резиновые уплотнители, а формовочную смесь подрезают на торцах литейной формы; поместив затем литейную форму в сушильный шкаф и выдержав ее там в течение 1 — 3 ч при температуре 90 — 100 °C, выплавляют модельный состав; после выплавления модельного состава литейные формы прокаливают в прокалочных печах (поз. 10) по особым режимам:

· нагрев от 20 до 150 °C в течение 0,5 ч, выдержка при температуре 150 °C в продолжение 3 ч;

· нагрев от 300 до 700 °C в течение 3 ч, выдержка при температуре 750 °C в течение 3 ч.

Отливки получают следующим образом: прокаленные литейные формы заливают расплавленным металлом на установках для центробежного литья (поз. 11) или установках «Вакуум-металл». Температура заливки для сплавов СрМ 875, СрМ 916, ЗлСрМ585−80, ЗлСр750−150 — 400… 580 °C, а для сплава ЗлМНЦ-750 — 500… 600 °C. Литейные формы, залитые сплавами золота и серебра, охлаждают в воде, а залитые сплавом ЗлМНЦ — в естественных условиях. После охлаждения отливки выбивают из литниковых форм, очищают от формовочной смеси (поз. 72), а затем отбеливают.

Назначение обработки конструкционных материалов резанием

Суть и назначение обработки конструкционных материалов резанием. Обработкой конструкционных материалов резанием называется процесс отделения режущими инструментами слоя материала с заготовки для получения детали нужной формы, заданных размеров и шероховатости поверхностей.

В последнее время широко используют экономичные методы получения заготовок, что приводит к значительному уменьшению объема работ, связанных со снятием стружки (точное литье, точная штамповка, холодная высадка и др.). Но в настоящее время большинство деталей машин получает окончательную форму и размеры обработкой резанием на металлорежущих станках. Только эта обработка удовлетворяет возрастающие требования к точности размеров и тщательности отделки поверхностей.

Обработка резанием определяет качество изготовляемых машин, их точность, долговечность, а также надежность и стоимость. Несмотря на то что методы получения заготовок и обработки их на металлорежущих станках беспрерывно совершенствуются, трудоемкость станочных работ в машиностроении составляет наибольшую часть, достигая 30… 50% общей трудоемкости изготовления машин.

2. Виды заготовок и припуски на обработку. На металлорежущих станках из заготовок получают окончательно готовые детали. В зависимости от материала, формы и размеров обрабатываемой на станке детали, а также характера производства основные типы металлических заготовок следующие: отливки из чугуна, стали и цветных сплавов; поковки и штамповки из стали и цветных сплавов; сортовой прокат из стали и цветных сплавов, который поступает в виде прутков и разрезается на отдельные заготовки.

Припуском называется слой металла, удаляемый с заготовки при обработке. От правильности выбора припусков зависят рациональный расход металла и экономичность обработки.

Рабочие, установочные и вспомогательные движения в металлорежущих станках

1. Виды движений в металлорежущих станках. Для обработки резанием (точения, сверления, фрезерования и др.) заготовка и режущий инструмент должны совершать определенные движения. Они подразделяются на рабочие, или движения резания, установочные (настроечные) и вспомогательные. Рабочие движения предназначены для снятия стружки, а установочные и вспомогательные -- для подготовки к этому процессу.

Установочные -- движения рабочих органов станка, с помощью которых инструмент по отношению к заготовке занимает положение, позволяющее снимать с нее определенный слой материала.

Вспомогательные -- движения рабочих органов станка, не имеющие прямого отношения к резанию. Примерами служат: быстрые перемещения рабочих органов станка, транспортирование заготовок и др.

2. Главное движение и движение подачи. Рабочие движения подразделяются на главное движение и движение подачи. С помощью главного движения осуществляется снятие стружки, а движение. подачи дает возможность начатое резание распространить на необработанные участки поверхности заготовки. Например, при сверлении вращение сверла является главным движением, позволяющим начать резание при соприкосновении сверла с заготоркой, а перемещение сверла вдоль оси является движением подачи, дающим возможность распространить процесс на последующие объемы металла и, таким образом, просверлить необходимое отверстие.

3. Виды главного движения и движения подачи. В металлорежущих станках главное движение чаще всего бывает вращательным (токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные станки) или прямолинейным (возвратно-поступательным -- строгальные и долбежные станки). Главное движение может сообщаться заготовке (станки токарной группы, продольно-строгальные станки) или режущему инструменту (фрезерные, сверлильные, поперечно-строгальные станки).

В станках с главным вращательным движением подача непрерывна и резание также непрерывно. В станках с возвратно-постунательным движением рабочий ход чередуется с холостым, движение подачи осуществляется перед началом каждого рабочего хода и, следовательно, резание прерывисто.

Основные методы обработки резанием

1. Точение Главное движение в этом случае вращение заготовки вокруг оси, а движение подачи -- поступательное перемещение инструмента относительно заготовки (вдоль ее оси, перпендикулярно или под углом к ней). Точением обрабатывают преимущественно поверхности вращения на токарных, карусельных, револьверных, расточных станках, токарных автоматах и полуавтоматах. Оно применяется для обработки цилиндрических, конических и фасонных внешних и внутренних поверхностей, торцовых поверхностей, а также для нарезания резьб.

2. Сверление. При обработке отверстий на сверлильных станках главным движением является вращение инструмента, а движением подачи -- перемещение инструмента вдоль своей оси. Так обрабатывают отверстия в сплошном материале 2 или увеличивают размеры имеющихся отверстий. Сверлить можно также на токарных, револьверных, расточных, фрезерных станках, токарных автоматах и др. При сверлении отверстий на станках токарной группы главным движением является вращение заготовки, а движением подачи -- перемещение сверла вдоль оси. Чтобы получить более точные отверстия, после сверления их необходимо зенкеровать, растачивать или развертывать.

3. Фрезерование. При фрезеровании главным движением является вращение инструмента, а движением подачи -- поступательное перемещение заготовки или фрезы. Применяя различные фрезы и фрезерные станки, можно обрабатывать разные поверхности и их комбинации: плоскости, криволинейные поверхности, уступы, пазы и др.

4. Строгание. Главное движение при строгании возвратно-поступательное перемещение резца у поперечно-строгальных станков или заготовки в продольно-строгальных. Движением подачи является периодическое перемещение заготовки или резца. Чаще всего строгание используют для обработки плоскостей.

5. Протягивание. Осуществляют с помощью специального инструмента -- протяжки, имеющей на рабочей части зубья, высота которых равномерно увеличивается вдоль протяжки.

Главное движение -- продольное перемещение инструмента, движение подачи отсутствует. Протягивание--производительный метод обработки, обеспечивающий высокую точность и малую шероховатость обработанной поверхности заготовки.

6. Шлифование. При шлифовании главным движением ярляется вращение шлифовального круга. Движение подачи обычно комбинированное и слагается из нескольких движений. Например, при круглом внешнем шлифовании -- это вращение заготовки 2, продольное перемещение ее относительно шлифо валь-ного круга и периодическое перемещение шлифовального круга относительно заготовки.

Шлифование производится для окончательной обработки поверхностей деталей. Чаще всего применяют следующие его методы:

1) круглое внешнее шлифование для обработки внешних поверхностей вращения; б) круглое внутреннее шлифование -- для обработки отверстий: в) плоское шлифование -- для обработки плоскостей.

Основные части и элементы резца, его геометрические параметры

1. Основные части и элементы резца. Резец состоит из рабочей части или головки, А и стержня или тела Б, предназначенного для закрепления резца в резцедержателе. На рабочей части его, срезающей стружку, заточкой образуют такие поверхности: а) переднюю 4, по которой сходит стружка; б) задние / и 6, обращенные к обрабатываемой заготовке. Пересечения передней и задних поверхностей образуют режущие кромки резца. Режущую кромку 5, выполняющую основную работу резания, называют главной, а режущую кромку 3--вспомогательной. Сопряжение главной и вспомогательной режущих кромок образует вершину резца 2.

В некоторых случаях резцы могут иметь переходную режущую кромку 7 и примыкающую к ней переходную заднюю поверхность 8.

Заднюю поверхность 6, проходящую через главную режущую кромку, называют главной задней поверхностью, а поверхность 2, проходящую через вспомогательную режущую кромку,--вспомогательной задней поверхностью.

Поверхности на обрабатываемой заготовке, координатные и секущие плоскости. При станочной обработке заготовки на ней различают такие поверхности (рис. У1. 4, а): обрабатываемую 2, обработанную 4, резания 3, образующуюся при резании непосредственно режущей кромкой 4, являющуюся переходной от обрабатываемой поверхности к обработанной.

Порошковая металлургия

Общие сведения

При разработке материалов и создании готовых деталей методом порошковой металлургии используются порошки металлов и их сплавов или неметаллических веществ. Из этих порошков вначале прессуют заготовки, которые затем для повышения прочности спекают. Поэтому изделия, полученные из порошков прессованием и спеканием, называют спеченными.

Метод порошковой металлургии ценен прежде всего тем, что позволяет получать материалы, которые другими методами получить невозможно: из металлов со значительной разницей в температуре плавления (например, W -- Сu, W -- Ag, Мо -- Сu), из металлов и неметаллов (бронза -- графит), из химических соединений (твердые сплавы из карбидов WС, ТiС и др.), материалы с заданной пористостью (вкладыши подшипников, фильтры); электрическими, магнитными и другими свойствами.

Порошковая металлургия, кроме того, отличается минимальными отходами материалов, позволяет резко сократить станочный парк и число рабочих для производства деталей. Поэтому метод порошковой металлургии часто используется для получения деталей общего машиностроения или бытового назначения, которые ранее изготовлялись литьем и обработкой резанием. Такие детали изготовляют из порошков сталей; бронз, латуней и других металлов.

В задачи порошковой металлургии, таким образом, входят производство порошков и получение из них заготовок или готовых деталей.

Получение порошков

литье металлорежущий порошок резание

Для изготовления спеченных изделий применяют порошки размером от 0,5 до 500 мкм. Получают такие порошки механическими и химическими методами.

1. Механические методы. К ним относятся: распыление жидкого металла, размол стружки и других отходов металлообработки дробление в вибрационной мельнице.

Распыление жидкого металла осуществляется струёй воды или газа под давлением 50… 100 МПа. Этим методом получают порошки железа, ферросплавов, нержавеющей стали, жаропрочных сплавов цветных металлов.

Размол отходов металлообработки осуществляют в вихревых или шаровых мельницах.

Дробление в вибрационной мельнице применяют для получения порошков из твердых и хрупких материалов (карбидов, оксидов керамики и др.).

2. Химические методы заключаются в восстановлении металлов из оксидов или солей углеродом, водородом, природным газом.

Восстановлением получают порошки железа (из окалины), вольфрама, молибдена, хрома, меди и других металлов. Сюда же относится метод термической диссоциации карбонилов -- соединений типа Ме (СО) (где Ме -- один из металлов), обеспечивающий получение порошков высокой чистоты.

Этим методом получают порошки железа, никеля, кобальта и некоторых других металлов.

Подготовка порошков к формованию

Для получения качественных заготовок или деталей порошки предварительно отжигают, разделяют по размерам частиц, смешивают.

Отжиг порошка способствует восстановлению оксидов, удалению углерода и других примесей, а также устранению наклепа, что стабилизирует его свойства и улучшает прессуемость. Отжигу чаще подвергают порошки, полученные механическим измельчением.

Порошки размером более 50 мкм разделяют с помощью набора сит с различным сечением ячеек, а более мелкие -- воздушной сепарацией. Конечные свойства порошковых изделий в значительной степени определяются качеством смешивания компонентов шихты. Эта операция обычно осуществляется в специальных смесителях, шаровых или вибрационных мельницах и другими способами.

В ряде случаев в порошковую массу вводят различные технологические наполнители, улучшающие прессуемость порошков (например, раствор каучука в бензине), обеспечивающие получение заготовок экструдированием (выдавливанием) или их механическую обработку (парафин, воск), получение заготовок литьем (спирт, бензол) и др.

Формовка заготовок

Процесс формования заготовок состоит в уплотнении порошка под действием приложенного давления с целью получения из него заготовок определенной формы. Формование осуществляется прессованием, экструдированием, прокаткой.

1. Прессование обычно производится в холодных или горячих пресс-формах. Крупные заготовки получают гидростатическим способом.

Холодное прессование заключается в следующем. В стальную, матрипу поесс-формы с поддоном засыпают определенное количество порошковой шихты и прессуют ее пуансоном 4. При этом резко уменьшается объем порошка, увеличивается контакт между, отдельными частицами, происходит механическое их сцепление. Поэтому прочность прессовки повышается, а пористость уменьшается. Недостатком такой схемы прессования является неравномерность распределения давления по высоте заготовки из-за трения ее о стенки матрицы. Поэтому заготовки, полученные в таких пресс-формах, обладают различной прочностью, плотностью и пористостью по высоте. Таким способом получают заготовки простой формы и небольшой высоты.

Для устранения этого недостатка применяют двустороннее прессование с помощью двух подвижных пуансонов 4. При такой схеме, кроме того, давление прессования уменьшается на 30… 40%.

В зависимости от требуемой пористости и прочности материала заготовки, а также ее формы давление прессования составляет 0,1…1 ГПа.

Горячее прессование совмещает формование и спекание заготовок. Этот процесс осуществляется в графитовых пресс-формах при индукционном или электроконтактном нагреве. Благодаря высокой температуре давление при горячем прессовании можно значительно уменьшить.

Горячее прессование отличается малой производительностью, большим расходом пресс-форм, поэтому применяется, главным образом, для получения заготовок из жаропрочных материалов, твердых сплавов, чистых тугоплавких металлов (W, Мо).

Гидростатическое прессование заключается в обжатии порошка, помещенного в эластичную (например, резиновую) оболочку, с помощью жидкости в гидростате под давлением до 2 ГПа. Этот метод позволяет получать крупногабаритные заготовки типа цилиндров и труб с равномерной плотностью по всему объему.

2. Экструдированием называется процесс формования заготовок выдавливанием шихты через матрицу с отверстиями различного сечения. Для этого исходный порошок замешивают с пластификатором (парафином, воском) в количестве, обеспечивающем шихте консистенцию пластилина. Этим способом получают прутки, профили различного сечения. Для получения полых изделий (труб и др.) в матрице располагают соответствующую оправку.

3. Прокатка осуществляется путем обжатия порошковой шихты между горизонтально расположенными валками. Этим способом получают пористые и компактные ленты, полосы и листы толщиной 0,02…3 мм и шириной до 300 мм из железа, никеля, нержавеющей стали, титана и других металлов. Процесс прокатки легко совмещается со спеканием и другими видами обработки. Для этого полученную заготовку пропускают через проходную печь и затем подают на прокатку с целью калибровки.

Прокаткой можно получать и двухслойные заготовки (например, железо -- медь). Для этого в бункере необходимо установить перегородку для разделения его на две секции вдоль валков.

Спекание и дополнительная обработка заготовок

Для повышения прочности сформованные из порошков заготовки подвергаются спеканию. Эта операция осуществляется в печах электросопротивления или индукционных с нейтральной или защитной средой в течение 30… 90 мин при температуре около 2/3 температуры плавления основного компонента. В процессе спекания происходит восстановление поверхностных оксидов, развиваются диффузионные явления, образуются новые контактные поверхности.

При необходимости повышения точности размеров и уплотнения поверхностного слоя спеченные детали подвергают калиброванию -- дополнительному прессованию в стальных пресс-формах или продавливанию прутка через калиброванное отверстие в матрице.

Спеченные заготовки можно обрабатывать резанием -- точением, фрезерованием, сверлением. В связи с их пористостью не следует применять смазывающе-охлаждающие жидкости, которые, проникая в поры, могут вызвать внутреннюю коррозию материала. Если выход пор на поверхность необходимо сохранить (например, у вкладышей подшипников), обработку спеченных деталей нужно производить хорошо заточенным режущим инструментом.

Спеченные детали из сплавов на основе железа, титана, никеля и других металлов могут также подвергаться различным видам термической или химико-термической обработки.

При конструировании деталей из порошков следует:

не допускать значительной разностенности, так как вследствие большой усадки может произойти коробление детали;

избегать выступов, пазов и отверстий, расположенных перпендикулярно к оси прессования;

избегать острых углов, а в местах сопряжения элементов детали типа фланец -- цилиндр предусматривать закругления радиусом не менее 0,25 мм;

наружные и внутренние резьбы получать обработкой резанием;

толщину стенок детали задавать не менее 1 мм.

Литература

1. Багдасарова Т. А. Устройство металлорежущих станков. Рабочая тетрадь; Академия, 2011. — 480 c.

2. Банов М. Д., Масаков В. В., Плюснина Н. П. Специальные способы сварки и резки; Академия, 2011. — 208 c.

3. Галушкина В. Н. Технология производства сварных конструкций. Рабочая тетрадь; Академия, 2012. — 793 c.

4. Жарский М. И., Иванова Н. П., Куис Д. В., Свидунович Н. А. Коррозия и защита металлических конструкций и оборудования; Вышэйшая школа, 2012. — 304 c.

5. Лаврешин С. А. Производственное обучение газосварщиков; Академия, 2011. — 192 c.

6. Люшинский А. В. Диффузионная сварка разнородных материалов; Академия, 2006. — 208 c.

7. Овчинников В. В. Технология газовой сварки и резки металлов; Академия, 2012. — 240 c.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой