Общие сведения о литейном производстве

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

(Горячая обработка материалов)

Практикум по выполнению лабораторных работ для студентов бакалавров

направления «Агроинженерия»

ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА

2016

УДК

ББК М

Лабораторный практикум составлен на основе Федерального Государственного образовательного стандарта высшего образования, утвержденного приказом Министерства образования Российской Федерации по направлению подготовки бакалавров по направлению «Агроинженерия»

« _»___________

Лабораторный практикум рассмотрен и рекомендован к изданию редакционно – издательским советом ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА,

протокол №­­­­­­­­­­­­­­­­­­___от_________20г.

Рецензент:

А.Г. Иванов– к.т.н., доцент кафедры «Сопротивление материалов и детали машин» ФГБОУ ВО  Ижевская ГСХА

Составители:

А.Г. Ипатов– к.т.н, доцент кафедры эксплуатации и ремонта машин;

Л.Я. Новикова – ст. преподаватель кафедры эксплуатации и ремонта машин.

Ответственный за выпуск - зав. кафедрой  эксплуатации и ремонта машин, к.т.н. доцент В.И. Широбоков

Материаловедение: лабораторный практикум / Состав, А.Г. Ипатов, С.М. Стрелков; отв. за вып. В.И. Широбоков. – Ижевск : ФГБОУ ВО ИжГСХА, 2016.

В лабораторном практикуме приводятся теоретические и методические сведения, необходимые  при выполнении лабораторных работ. Практикум предназначен для студентов 1 курса очной и заочной формы обучения инженерных факультетов по направлению бакалавриата «Агроинженерия»                                                         

                                                      ББКМ

                                                                     УДК.

                                                                  © ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2016

                                             © Ипатов А.Г., Новикова Л.Я.

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа № 1. Получение отливок в песчано-глинистых формах ……………………………………………………………………… ...….4

Лабораторная работа № 2. Наклеп и рекристаллизация при обработке металлов давлением ..............................................................................................16

Лабораторная работа № 3. Оборудование для ручной дуговой сварки. Вольтамперная характеристика источника питания и сварочной дуги……….26

Лабораторная работа № 5. Технология ручной дуговой сварки. Технологические коэффициенты ручной дуговой сварки ……………………47

Лабораторная работа № 6. Оборудование и технология  для газовой сварки......................................................................................................................59

Лабораторная работа № 1

ПОЛУЧЕНИЕ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ФОРМАХ

Цель работы

1.1. Изучить особенности и технологию получения отливок в одноразовых в песчано-глинистых формах;

1.2. Изучить методику изготовления форм методом ручной формовки в парных опоках.

Задание

2.1.  Получить у преподавателя задание на изготовление песчано-глинистой литейной формы методом ручной формовки в парных опоках.

2.2. Подготовить формовочную смесь;

2.3. Изготовить песчано-глинистую форму методом ручной формовки по предложенной преподавателем модели.

Техника безопасности

3.1. К работе приступать только в специальной одежде или в халатах.

3.2. Выполнять работу только в присутствии преподавателя или учебного мастера.

3.3. Процесс трамбовки формовочной смеси проводить вдвоем, удерживая опоки от опрокидывания.

3.4. При возникновении неполадок с инструментом и приспособлениями немедленно сообщить преподавателю или учебному мастеру.

Оснащение рабочего стола

Пост для ручной формовки в парных опоках; формовочная смесь, облицовочная смесь, модельный комплект, литниковая система, набор инструментов и приспособлений.

Последовательность выполнения работы

Изготовление литейной формы производить в следующей последовательности.

5.1. Подмодельную плитуположить на ровную поверхность стола, очистить от загрязнений и положить нижнюю опоку.

5.2 Ориентировочно ближе к правому углу нижней опоки установить нижнюю часть модели отливки и модель питателя и обсыпать их облицовочной смесью.

5.3 Засыпать в опоку формовочную смесь и уплотнить. Для достижения равномерного уплотнения смеси ее насыпают в опоку слоями 30 – 40 мм и уплотняют трамбовкой. При формовке следует обратить особое внимание на тщательное уплотнение смеси в углах и у стенок опоки. Для предотвращения смещения опоки на модельной плите (особенно в начальный момент формовки) ее следует поддерживать рукой.

5.4. После набивки нижней опоки удалить излишек смеси линейкой.

5.5. При помощи шила выполнить вентиляционные каналы – ориентировочно 10 каналов на 1 дм².

5.6. Опоку перевернуть на 180⁰, установить верхнюю половину модели, к модели питателя установить модель шлакоуловителя и стояка. В наивысшую точку верхней части модели установит модель основного выпора.

5.7. Плоскость разъема нижней полуформы обсыпать облицовочной смесью.

5.7. Накрыть нижнюю опоку верхней и зафиксировать центровочными штырями.   

5.8. Поддерживая модели верхней части отливки, стояка и основного выпора во избежание смещения, насыпать верхнюю опоку слой формовочной смеси и уплотнить трамбовкой. Процесс повторяют до полного заполнения верхней опоки.

5.9. Осторожно, слегка покачивая вокруг оси, вынуть модель стояка и выпора. Раскрыть форму, для чего снять верхнюю полуформу и  скантовав ее на 180⁰, уложить на чистую поверхность стола.

5.8. Легкими ударами деревянного молоточка слегка раскачать модель и извлечь ее из формы. Модель собрать, очистить от прилипшей смеси и убрать на участок хранения. Извлечение модели из формы является ответственной операцией, и выполнять ее надо очень осторожно, чтобы не разрушить форму.

5.9. Поврежденные места формы исправить отделочным инструментом (гладилками, ложечками и т.д.).

5.10. Собрать полуформы, скрепить.

Отчет о работе

Отчет о выполнении лабораторной работы должен содержать следующее:

6.1. Название работы;

6.2. Цель работы;

6.3. Список литературы.

6.4.Сведения из теории:

а) технологию изготовления песчано-глиняной формы.

б) зарисовать структуру литниковой системы и модельного комплекта.

в) Указать виды смесей используемых при изготовлении ручных песчано-глинистых форм.

6.5. Выводы

Работу выполнил:

                     ст.-т___________гр._____________

        Работу принял:

                            ______________________________

Общие сведения о литейном производстве

Сущность литейной технологии (литья) заключается в получении заготовок, называемых отливками, путем заливки расплавленного металла* в рабочую полость литейной формы. Полученные отливки приобретают конфигурацию и размеры рабочей полости литейной формы.

Литейные формы бывают постоянные и разовые.

Постоянные формы – это металлические формы в парных опоках по разъемной модели, а также знакомство с их называют кокилями и используют многократно.

Разовые формы предназначены для получения одной отливки и разрушаются при её извлечении. Для изготовления разовых форм используют формовочные смеси, состав которых зависит от способа литья.

Технология получения отливок складывается из следующих основных процессов:

− изготовление литейной формы;

− получение расплавленного металла (расплава);

− заливка расплавленного металла в литейную форму;

− формирование отливки в рабочей полости литейной формы:

− кристаллизация металла и последующее охлаждение отливки;

− извлечение отливки из формы (способ извлечения зависит от типа литейной формы);

     − обработка отливки: обрубка образовавшихся технологических элементов (литников и прибылей), очистка от формовочной смеси.

Литье является наиболее простым и дешевым промышленным способом получения заготовок, в том числе имеющих сложную геометрическую форму.

Выбор способа литья определяется служебным назначением получаемых изделий, производственной программой, экономической целесообразностью, а также требуемой точностью и качеством поверхности отливок.

Наиболее распространенным способом получения отливок является литье в песчано-глинистые формы (ПГФ), при котором используются разовые литейные формы, изготавливаемые из формовочной смеси на основе песка и глины. Данный способ литья позволяет получать отливки, масса и размеры которых могут находиться в широком диапазоне, из большинства промышленных литейных сплавов.

Ручная формовка применяется обычно в единичном и мелкосерийном производствах для получения одной или нескольких отливок, а также на участках и в цехах с малой степенью механизации и автоматизации производства.

На машиностроительных предприятиях чаще всего применяются машинная и автоматическая формовки, которые обеспечивают более высокую производительность, минимальную стоимость литых деталей и позволяют значительно сократить производственный цикл.

При любом способе формовки используют формовочные смеси, литейную оснастку и формовочный инструмент.

Формовочные смеси предназначены для изготовления разовых литейных форм и их состав зависит от способа литья.

При литье в ПГФ применяют формовочные смеси, состоящие из песка (кварцевого или циркониевого), глины и добавок, улучшающих определенные свойства смеси (угольная пыль, торф, древесные опилки и др.).

В зависимости от вида формовки и выполняемых функций формовочные смеси при литье в ПГФ могут иметь различное соотношение компонентов и подразделяются на облицовочные, наполнительные и единые.

Облицовочная и наполнительная смеси используются при ручной формовке.

Облицовочная смесь предназначена для образования поверхности рабочей полости формы, непосредственно контактирующей с расплавленным металлом. Ее наносят на поверхность модели слоем толщиной 20-30 мм. Эта смесь отличается повышенной прочностью, огнеупорностью и противопригарностью.

Наполнительная смесь предназначена для образования основной части формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Она должна обладать необходимой прочностью и газопроницаемостью.

Единая смесь применяется при машинной и автоматической формовке и сочетает в себе свойства облицовочной и наполнительной смесей.

Литейная оснастка представляет собой комплект приспособлений, необходимых для изготовления литейной формы и получения отливки, ее состав зависит от способа литья.

Часть литейной оснастки, включающая приспособления для образования рабочей полости литейной формы, называется модельным комплектом.

Основными элементами модельного комплекта являются модель, стержни и модельная (подмодельная) плита.

Модель предназначена для воспроизведения в литейной форме внешней конфигурации отливки, т.е. для формирования внешних контуров рабочей полости формы (рис. 1.1, б).

Модели изготавливаются из древесины, специальных модельных сплавов, пластмассы. В зависимости от сложности конструкции отливки модели могут быть разъемными и неразъемными. Наиболее распространенными являются разъемные модели, состоящие из двух частей. Неразъемные модели применяют в том случае, если отливка имеет простую геометрическую форму и хотя бы одну плоскую поверхность. При изготовлении модели ее размеры определяются с учетом припусков на усадку металла и последующую обработку.

Стержнипредназначены для формирования в отливке отверстий и внутренних полостей (рис. 1.1, в). Изготавливаются из специальных стержневых смесей, металлических сплавов, гипса и других материалов.

                                           Рисунок  1.1. Модель и стержень:          

а – отливка; б – модель; в – стержень; г – стержневой ящик; 1 – знаки

Изготовление стержней из стержневых смесей производится в деревянных или металлических стержневых ящиках (рис. 1.1, г). Для обеспечения необходимого положения стержня в рабочей полости формы модель и стержень имеют знаки 1 (рис. 1.1).

Модельная (подмодельная) плита предназначена для формирования разъемов литейной формы. На ней могут крепиться различные части модельного комплекта, включая модели литниковой системы.

Литниковая система представляет собой систему каналов, обеспечивающих подвод расплава в рабочую полость литейной формы, её заполнение, а также подпитку отливки жидким металлом в процессе формирования.

Для образования литниковой системы в литейной форме используют модели её элементов, основными из которых являются:

− стояк, вертикальный канал, через который производится заливка металла в форму;

− питатели, горизонтальные каналы, обеспечивающие подвод расплава от стояка в рабочую полость формы;

− выпор, вертикальный канал, через который обеспечивается выход воздуха и газов по мере заполнения рабочей полости расплавом.

Рассмотрим более подробно технологический процесс изготовления песчано-глинистых литейных форм методом ручной формовки в парных опоках по разъемной модели (рис. 1.2).

Рисунок 1.2  - Ручная формовка по разъемной модели:

последовательное изготовление нижней (а) и верхней (б) полуформ;

в – собранная форма (со стержнем);

1 – подмодельная плита; 2 – нижняя половина модели;

3 – нижняя опока; 4 – вентиляционные каналы (наколы);

5 – модель стояка; 6 – модель выпора; 7 – верхняя половина модели;

8 – верхняя опока; 9 – литниковая чаша; 10 – стержень

Технологический процесс формовки состоит из нескольких стадий.

I. Изготовление нижней полуформы (рис. 1.2, а): установка нижней половины модели 2 внутри нижней опоки 3 на подмодельной плите 7; заполнение опоки (с покрытием в первую очередь модели) последовательно облицовочной и наполнительной смесями с одновременным их уплотнением трамбовкой; формирование газоотводных вентиляционных каналов (наколов) 4 посредством накалывания иглой уплотненной смеси.

II. Изготовление верхней полуформы (рис. 1.2, б): поворот нижней опоки с полуформой на 180° и ее установка на подмодельной плите 1; фиксирование на нижней половине модели 2 верхней половины модели 7; установка моделей стояка 5, выпора 6 и других элементов литниковой системы; фиксирование верхней опоки 8 на нижней опоке 3; нанесение на поверхность нижней полуформы слоя разделительного песка; засыпка верхней опоки с моделями отливки элементов литниковой системы сначала облицовочной, а затем наполнительной смесью, уплотнение ее и формирование в ней вентиляционных

наколов; выравнивание наружной поверхности верхней полуформы; создание вокруг верхней части модели стояка 5 литниковой чаши 9 (эта операция не нужна при установке на поверхности формы – над стояком – отдельной литниковой чаши-нарощалки); удаление моделей стояка и выпора из верхней полуформы.

III. Подготовка полуформ к сборке: съем верхней полуформы с нижней; удаление из обеих полуформ двух половин модели отливки и моделей элементов литниковой системы; прорезание (если не были установлены модели питателя, шлакоуловителя и др.) в нижней полуформе канала-питателя, соединяющего стояк с внутренней полостью формы, т. е. с будущим телом отливки; нанесение на рабочие поверхности полуформ тонкого слоя припыла или краски.

IV. Сборка формы (рис. 1.2, в): размещение в нижней полуформе стержня 10; установка (с фиксацией штырями) верхней полуформы на нижнюю полуформу; скрепление верхней и нижней опок.

                                              8. Дефекты отливок

Дефектом называют каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям. Изделие, имеющее хотя бы один дефект, называют дефектным.

Дефекты отливок бывают явными и скрытыми. Явным

считают дефект, обнаруживаемый при внешнем осмотре (визуальном контроле) или при помощи определенных инструментальных средств и методик, предусмотренных нормативной документацией.

Дефекты отливок подразделяют по внешнему виду, форме, размерам и расположению, что важно для практики выявления дефектов и организации контроля. На этой классификации основана вся система дефектоскопии отливок.

Все дефекты отливок делят на следующие группы: «несоответствие геометрии», «дефекты поверхности», «несплошности в теле отливки», «включения», «несоответствие структуре».

Дефекты группы «несоответствие геометрии» проявляются в отклонении размеров отливок от их размеров в технической документации.

Недолив – неполное образование тела отливки вследствие частичного незаполнения полости формы металлом. Основные причины возникновения: нарушение технологии заливки, пониженная жидкотекучесть металла (отклонение от заданного химического состава), недостаточное   количество металла в ковше, недостаточный напор жидкого металла в стояке, низкая температура заливаемого металла, низкая температура металлической формы, плохая газопроницаемость формы, уход металла из формы.

Подутость – местное утолщение тела отливки. Причинами могут быть низкая прочность формовочной или стержневой смеси, слабое или неравномерное уплотнение смеси в форме, низкая термостойкость формы.

Перекос – смещение одной части отливки относительно осей или поверхности другой части по плоскости разъема модели или формы вследствие дефектов модельно-опочной оснастки или некачественной сборки формы.

Разностенность – увеличение или уменьшение толщины стенок отливок вследствие смещения, деформации или всплывания стержня.

Дефекты группы «дефекты поверхности» проявляются в ухудшении качества поверхности отливок.

Пригар – образование грубой поверхности отливки вследствие физического и химического взаимодействия формовочного материала и металла отливки, вследствие недостаточной огнеупорности формовочных материалов, неплотной набивки или плохой окраски формы, а также при использовании.

Спай – углубление на поверхности, образованное не полностью слившимися потоками металла. Причинами могут быть низкая температура заливаемого металла, прерывание процесса заливки, низкая технологичность отливки.

    Нарост – выступ произвольной формы на поверхности отливки, образовавшийся из загрязненного формовочным материалом металла при местном разрушении формы вследствие низкой прочности или высокой влажности формовочной или стержневой смеси, слабого уплотнения смеси в форме, высокой температуры заливаемого металла.

Залив – металлический нарост, возникший в результате проникновения жидкого металла в зазоры. Причины дефекта: некачественная сборка формы, слабое крепление или недостаточная загрузка формы, дефекты модельной оснастки или чрезмерно высокая температура заливаемого металла.

Дефекты группы «несплошности в теле отливки» наиболее многочисленны и наиболее опасны из-за последствий, возникающих при эксплуатации.

Усадочная раковина – полость в теле отливки с шероховатой поверхностью и грубокристаллическим строением. Этот дефект является следствием недостаточного питания расплавом отливок, повышенной температуры заливки, может возникать при нетехнологичной конструкции отливок.

Горячая трещина – разрыв или надрыв тела отливки усадочного происхождения, возникающий в интервале кристаллизации сплава. Поверхность излома в горячих трещинах, поскольку они появляются при высоких температурах, всегда окислена. Причинами дефекта могут быть концентраторы напряжений в отливках, неправильный выбор сплава, неравномерное охлаждение, затрудненная усадка в отдельных местах отливки, заливка слишком горячим металлом.

Холодная трещина – разрыв или надрыв тела отливки после затвердевания в результате неравномерного охлаждения и возникающих внутренних напряжений (поверхность металла в трещине обычно чистая или имеет цвет побежалости).

Газовая раковина – полость округлой формы в теле отливки с чистой и гладкой, иногда окисленной поверхностью. Раковины могут быть одиночными или расположенными гнездами различного объема. Газовые раковины образуются при высокой влажности и повышенном содержании газообразующих веществ в формовочных и стержневых смесях, пониженной газопроницаемости формы, высокой газонасыщенности жидкого металла и низкой температуре заливаемого сплава, не обеспечивающей выхода из него газов, захвате воздуха при заливке кокиля, переливе металла в полости кокиля с высокого уровня на низкий.

Пористость – скопление газовых или усадочных раковин, а также структурная неплотность металла, вызванная высокой газонасыщенностью и большой температурой жидкого металла, недостаточной газопроницаемостью формы, высокой влажностью смеси в форме, недостаточным питанием отливки жидким металлом в процессе затвердевания, повышенным содержанием элементов, увеличивающих усадку.

Песчаная раковина – полость в теле отливки, полностью или частично заполненная формовочным материалом. Причины брака: низкая прочность формовочной или стержневой смеси, слабое уплотнение смеси в форме, высокая осыпаемость смеси, нетехнологичная конструкция отливки.

Дефекты группы «включения» часто встречаются в отливках из сплавов, склонных к повышенному окислению, – алюминиевых, магниевых, цинковых, из хромистых сталей и др. К таким дефектам относятся инородные металлические включения, а также неметаллические включения, попавшие в металл механическим путем или образовавшиеся вследствие химического взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке металла.

Дефекты группы «несоответствие структуре» обнаруживаются при проведении макро – и микроструктурного анализа.

                                      9. Контрольные вопросы

1.   В чем заключается сущность литейной технологии?

2.   Из каких процессов состоит технология получения отливок?

3. На какие виды подразделяются литейные формы в зависимости от срока их службы? Из каких материалов их изготавливают?

4. Что такое формовка?

5. Назовите основные способы формовки. В каких случаях они применяются?

6. Что такое литейная оснастка и модельный комплект?

7. Для чего предназначена модель?

8. Для чего предназначены стержни в литейных формах?

     9. Назовите основные стадии ручной формовки в парных опоках по разъемной модели.

10. Что называется дефектом?

Лабораторная работа № 2

НАКЛЕП И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ