Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации
ГОУ МГТУ «Станкин»
Технологические процессы
Литья и сварки
Конспект лекций
Автор — доцент кафедры ТП, к.т.н.: /Орловский Э.П./
Москва, 2005 г.
Лекция 1.
ЗАГОТОВИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО — БАЗА МАШИНОСТРОЕНИЯ.
Сущность процесса литья.
Классификация ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СПОСОБОВ ЛИТЬЯ
Введение
Главной целью данной дисциплины является обучение студентов основам знаний о свойствах и назначении литых и сварных заготовок и о технологических процессах их получения [1].
Задачами изучения данной дисциплины являются ознакомление с физико-химическими процессами, сопровождающими формирование качества литых и сварочных заготовок; с технологическими возможностями, достоинствами и недостатками существующих процессов литья и сварки, а также с правилами выбора и проектирования рациональных технологических процессов, привития навыков в решении технологических задач.
Основные понятия машиностроительного производства
Напомним основные понятия и определения машиностроительного производства.
Машина (фр. machine, лат. – machina) – механическое устройство согласованно работающими частями, осуществляющее определенные целесообразные движения для преобразования энергии, материалов или информации.
Машина включает механизмы (сборочные единицы, узлы) и детали.
Деталь (фр. detail, букв. – подробность) – изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций (оно может быть подвергнуто декоративным или защитным покрытиям), либо из разнородных материалов, полученных с помощью неразъемных соединений (пайки, склейки, сварки).
Сборочная единица – сборный элемент конструкции или изделие в целом, изготовленный путем соединения нескольких составных частей или деталей.
В подавляющем большинстве случаев, однако, из исходного материала сначала изготавливают (формируют) так называемые заготовки, имеющие на некоторых поверхностях дополнительные слои материала (припуски на обработку).
Заготовка – это полупродукт, предназначенный для дальнейшей обработки и получения готового изделия (детали). Изменением формы, размеров, свойств поверхности или материала из заготовки получают элемент конструкции изделия – деталь.
Технологические процессы заготовительного производства
Кроме литья и сварки, заготовки в машиностроении изготавливают обработкой металлов давлением (ковка, штамповка), порошковой металлургией, механической резкой проката.
Доля каждого из названных способов зависит от вида изделия и объема производства. По нашим оценкам доля различных способов получения заготовок в России составляет (в % по массе):
– литье – 20–70%;
– обработка металлов давлением – 10–25%;
– сварка – 5–20%;
– порошковая металлургия – 0,5–1%;
– механическая резка – 5–10%.
На заводах массового производства заготовки производят 3–5 литейных цехов (серого чугуна, ковкого чугуна, стального литья, цветного литья, точного литья), 2–3 кузнечных цеха, очень редко – цех сварки (обычно – это участки механических и сборочных цехов).
Общая характеристика и сущность процесса литья
Литейное произвоство – один из наиболее универсальных и рациональных способов производства заготовок и деталей в машиностроении. Доля литых заготовок в конструкциях машин составляет от 20 до 70–90% по массе.
Литье вошло в жизнь человека пять тысячелетий назад и, по-видимому, еще долго останется в его практике, постоянно совершенствуясь и развиваясь. Археологические находки свидетельствуют о высоком уровне получения отливок в Киевской Руси. Мастера тех времен умело отливали бронзовые зеркала и котлы, ювелирные изделия, топоры, наконечники копий и стрел, предметы церковного обихода. Вершина древнего русского литейного мастерства была достигнута «литцами» колоколов и пушек. Первые колоколокола на Руси появляются в Х в. Из двеннадцати крупнейших колоколов разных стран половина – русские (рис 1.1.), из них три – уникальные: Московский Царь-колокол (205 т), Успенский (190 т), Алексеевский (130 т).
История литья пушек в России богата непревзойденными достижениями умельцев и мастеров. Бронза русских пушек XVI–XVII вв. содержала от 7 до 10,9% олова, что соответствует составу «пушечной» бронзы по современным технологиям. Более 40 т весит знаменитая Царь-пушка (XVI в.). Для нее предназначались ядра массой около 1 т.
Уникальны по художественному совершенству и литейному мастерству Памятник Петру I («Медный всадник») в Санкт-Петербурге, памятник А.С.Пушкину в Москве, колокол – памятник «Тысячелетие России» в Новгороде, литые чугунные узоры оград и решеток, художественное литье Каслинского чугунолитейного завода.
Огромных успехов достигли русские и советские литейщики в области машиностроения. Современное литейное производство – это комплекс технологических процессов получения литых заготовок и деталей, масса которых составляет от нескольких грамм до 300 тонн, а габаритные размеры – от нескольких миллиметров до 20 метров. Многие способы литья позволяют управлять процессом кристаллизации металла, получить отливки с уникальными свойствами и микроструктурой.
Сущность процесса литья заключается в заливке расплавленного металла в рабочую полость литейной формы, в которой металл затвердевает и охлаждается до заданной температуры, образуя отливку, в извлечении отливки из формы (выбивка).
В процессе затвердевания и охлаждения в форме отливка обретает все основные свойства: геометрическую форму, точность размеров, качество поверхности, микроструктуру, физико-химиические свойства металла (прочность,твердость и др.).
Общая функциональная модель технологических процессов литья в SADT – методологии представлена на рис. 1.1., 1.2. и 1.3.